功率放大器的制造方法
【專利說明】功率放大器
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請基于2014年7月18日提交的日本專利申請(N0.2014-148293)，通過引用將其內容合并于此。
技術領域
[0003]本發明涉及一種功率放大器，更加具體地，涉及一種適于用作吉他放大器的功率放大器。
【背景技術】
[0004]近年來，作為音頻功率放大器，諸如D類放大器的利用半導體器件的功率放大器已經是普遍的。例如，在D類放大器中，其輸出級晶體管由已經基于輸入音頻信號AIN而被脈沖寬度調制的PWM脈沖序列打開/關閉，并且來自電源的電流經由這個輸出級晶體管而被供應到揚聲器。因為這個D類放大器的輸出阻抗是非常低的并且因此輸出級晶體管的損耗是非常小的，所以放大器能夠有效率地向揚聲器供應電力。更加具體地，在揚聲器的內部阻抗是大致8到16Ω時，D類放大器的輸出阻抗幾乎為0Ω。進而，通常在D類放大器中，施加到揚聲器的電壓被負反饋到輸入部，并且D類放大器的增益依賴于在輸入音頻信號和其負反饋信號之間的差異而受到控制。因此，D類放大器能夠執行其中與輸入音頻信號相對應的電壓被供應到揚聲器的恒定電壓驅動。例如，W02003/090343可用作涉及D類放大器的現有技術文獻。
[0005]即使在今天，其中如上述那些的、利用半導體器件的這種功率放大器已經是普遍的，很多真空管放大器仍然被用作用于放大電吉他的輸出信號的吉他放大器。這是因為，與利用半導體器件的功率放大器相比，這種真空管放大器能夠從揚聲器以大音量發射帶有演奏者喜歡的質量的聲音。作為其原因，以下幾點被加以考慮。
[0006]圖10是圖示全音域揚聲器的阻抗的頻率特性的曲線圖。這個揚聲器通常具有處于大致80到100Hz的頻率的共振頻率(f0)，并且在這個共振頻率(f0)下，揚聲器的阻抗變高。此外，因為靠近共振頻率(f0)的頻率帶對應于從電吉他的第五和第六根弦生成的音高，所以該頻率帶是影響電吉他的聲音質量的重要頻率帶。
[0007]在諸如D類放大器的輸出電壓被負反饋的功率放大器的情形中，S卩，在用于在恒定電壓下驅動揚聲器的功率放大器的情形中，在與輸入音頻信號相對應的電壓下驅動揚聲器，而不受到揚聲器的阻抗的頻率特性影響。因此，如在圖11A中所示，因為即使在其中揚聲器的阻抗為高的共振頻率(f0)附近的頻率帶中，仍然在恒定電壓下驅動揚聲器，所以揚聲器的振動幅度是恒定的并且將從揚聲器發射的聲音的幅度也維持恒定。
[0008]另一方面，在真空管放大器的情形中，五極管通常被用作用于輸出的放大器件，并且這個五極管具有高輸出阻抗的特性。此外，在使用帶有高輸出阻抗的五極管的真空管放大器中，與揚聲器阻抗的波動無關地，揚聲器由與供應到真空管的柵極的輸入信號相對應的恒定電流驅動。因此，在靠近揚聲器的阻抗變高的共振頻率(f0)的頻率帶中，如在圖11B中所示，用于驅動揚聲器的真空管放大器的電壓增加，由此揚聲器的振幅增加并且將從揚聲器發射的聲音的振幅也增加。結果，從電吉他的第五和第六根弦生成的聲音具有有力的并且有特性的聲音質量并且總是受到演奏者喜愛。例如，在揚聲器由帶有100W的最大輸出的真空管放大器驅動的情形中，在靠近共振頻率(fo)的頻率帶中，接近90V的峰值電壓被施加到揚聲器，由此能夠以大的音量發射有力的聲音。
[0009]例如，為了在靠近共振頻率(f0)的頻率帶中通過D類放大器驅動揚聲器并且將足夠的負載電流供應到揚聲器，有必要使用在它的輸出級處具有高電源電壓的高輸出D類放大器。然而，在揚聲器由這種高輸出D類放大器驅動的情形中，即使在揚聲器的阻抗為低的頻率帶中仍然執行恒定電壓驅動，由此過度的電流在揚聲器中流動并且揚聲器可能受損。
[0010]如上所述，作為吉他放大器，這種真空管放大器具有優良的優點。然而，真空管放大器具有大的尺寸和沉的重量，由此在操縱時是不方便的。此外，在真空管放大器中具有高輸出阻抗的五極管被用作輸出級，所以輸出級的損耗是大的，并且存在不能有效率地驅動負載(揚聲器)的問題。
【發明內容】
[0011]已經考慮到上述情況地實現了本發明，并且本發明的一個目的在于提供一種能夠在利用其中其輸出級中的損耗為小的D類放大器的優點時遍及整個頻率帶地向負載(所要驅動的揚聲器)供應足夠的負載電流的功率放大器。
[0012]本發明提供一種功率放大器:包括:
[0013]D類放大部，該D類放大部包括輸入部和開關部，所述開關部用作輸出級并且依賴于輸入到該輸入部的信號而被開關，并且所述D類放大器經由開關部從電源向負載輸出電流；和
[0014]負載電流反饋電路，該負載電流反饋電路向D類放大部的輸入部負反饋在負載中流動的電流。
[0015]利用本發明，因為使用了 D類放大部，所以功率放大器的輸出級的損耗能夠降低。此外，因為在負載中流動的電流被負反饋到D類放大部的輸入部，所以能夠與用于驅動負載的電流的頻率無關地向負載供應恒定的驅動電流。
[0016]附圖簡要說明
[0017]圖1是示出根據本發明第一實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0018]圖2是示出根據本發明第二實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0019]圖3是示出根據本發明第三實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0020]圖4是示出根據本發明第四實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0021]圖5是示出根據本發明第五實施的功率放大器的配置的電路圖例。
[0022]圖6是示出根據本發明第六實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0023]圖7是示出根據本發明第七實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0024]圖8是圖示根據第七實施例的D類放大部的輸出阻抗的頻率特性的曲線圖。
[0025]圖9是示出根據本發明第八實施例的功率放大器的配置的電路圖。
[0026]圖10是圖示全音域揚聲器的阻抗的頻率特性的曲線圖，并且
[0027]圖11A和11B是圖示D類放大器和真空管放大器的輸出電壓的頻率特性的曲線圖。
【具體實施方式】
[0028]將在下面參考附圖描述根據本發明的實施例。
[0029]<第一實施例>
[0030]圖1是示出根據本發明第一實施例的功率放大器1的配置的電路圖。在圖1中，還示出了用作功率放大器1的負載的揚聲器SP以便理解功率放大器1的配置。
[0031]如在圖1中所示，功率放大器1具有D類放大部100。這個D類放大部100具有運算放大器(或者比較器)110、輸出級120、濾波器130、和反饋電阻器140。
[0032]運算放大器110是為D類放大部100的輸入信號用作輸入部的電路。音頻信號AIN經由輸入端子111輸入到運算放大器110的非反相輸入端子。根據這個實施例的功率放大器1例如用作電吉他放大器。在此情形中，電吉他的輸出信號作為音頻信號AIN輸入到運算放大器110的非反相輸入端子。
[0033]輸出級120具有用作開關器件并且在正電源+B和輸出級120的輸出端子123之間插入的晶體管121、和用作開關器件并且在負電源-B和輸出級120的輸出端子123之間插入的晶體管122。例如，晶體管121和122每一個是MOS FET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)。在輸出級120中，依賴于運算放大器110的輸出信號，晶體管121打開并且晶體管122關閉，由此正電源+B連接到輸出端子123，或者晶體管121關閉并且晶體管122打開，由此負電源-B連接到輸出端子123。因此，輸出級120的輸出信號的波形成為矩形波。
[0034]濾波器130是用于從輸出級120的輸出信號消除高于音頻頻率帶的那些的高頻成分并且用于向揚聲器SP供應音頻頻率帶的其余頻率成分的低通濾波器。濾波器130具有電感器131和電容器132。電感器131被插入在輸出級120的輸出端子123和揚聲器SP的一個端子之間。此外，電容器132的一個端子連接到在電感器131和揚聲器SP之間的節點133，并且其另一個端子經由濾波器電流反饋電路300的電流檢測電阻器310接地。換言之，電容器132與用作負載的揚聲器SP并聯連接。將在以后描述濾波器電流反饋電路300。
[0035]反饋電阻器140被插入在運算放大器110的反相輸入端子和在電感器131和揚聲器SP之間的節點133之間。反饋電阻器140構成用于通過向用作D類放大部100的輸入部的運算放大器110反饋用于揚聲器SP的輸出電壓而使得D