專利名稱：麥克風放大電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及放大電路，更為具體地，涉及一種能夠保證輸出穩定性和線性度的低噪聲高動態范圍麥克風放大電路。
背景技術：
在單電源供電的麥克風放大電路中，由于直流偏置電壓的存在，在靜態時一般會存在直流電平輸出。而且，在目前提供的麥克風放大電路中，大多數放大電路采用電阻器負反饋網絡。圖1示出了一般負反饋放大電路的基本結構。如圖1所示，反饋網絡F是通過電阻器網絡實現的。針對該反饋網絡，開環增益為A = x。/xid，反饋系數為F = xf/x0,閉環增益為Af = AF，反饋深度為1+AF，以及深度負反饋條件為1+AF>> 1，其中χ。是放大電路的輸出，Xi是輸入信號，以及Xid是與反饋信號疊加后的輸入信號。由于一般放大電路采用的是電阻器反饋網絡，反饋系數一定，無法動態調節反饋系數，從而導致音頻信號在音頻全頻段范圍內變化時不能做到增益穩定。另外，由于輸出級晶體管的發射極直接接地，從而很難將靜態輸出電平穩定到需求的電平。為此，一般放大電路需要針對靜態輸出電平進行調整。通常的靜態輸出電平調整策略是通過在發射極串聯電阻器。然而這種實現方式在滿足高增益和需求靜態輸出電平時存在矛盾，即在電阻器小的情況下無法達到要求的靜態輸出電平，而在電阻器大的情況下會降低放大倍數，即放大電路的增益。此外，也可以采用通用運算放大器來實現，但是采用通用運算放大器的成本相對較高，同時在帶偏壓的放大電路中，很難實現能夠提供高增益的放大倍數所需要的電源，這導致輸出靜態電壓不夠穩定，由此需要對靜態電壓再次進行調整，而再次調整會增加很多成本。
實用新型內容鑒于上述問題，本實用新型提供了一種麥克風放大電路，具有兩個級聯的晶體管電路，其中前級晶體管電路用作后級晶體管電路的負反饋電路，通過犧牲前級晶體管電路的增益進行深度負反饋，利用后級晶體管電路的非線性來保證輸出穩定性和線性度。根據本實用新型的一個方面，提供了一種麥克風放大電路，包括PNP晶體管以及 NPN晶體管，其中，所述PNP晶體管的發射極通過第一電阻器與所述NPN晶體管的集電極相連；所述PNP晶體管的集電極與所述NPN晶體管的基極相連；以及所述NPN晶體管的集電極通過第二電阻器向外部輸出放大后的信號，其中，所述第一電阻器和第二電阻器的電阻值被設置為使得所述PNP晶體管進行低倍放大，并使得所述第一電阻器、第二電阻器和所述 PNP晶體管相對于所述NPN晶體管形成負反饋電路。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以還包括與所述第一電阻器并聯的第一電容器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述PNP晶體管的發射極和基極之間的依次串聯的第三電阻器和第四電阻器；以及設置在所述PNP晶體管的基極和接地端之間的第五電阻器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述PNP晶體管的發射極和所述麥克風的非地輸出端之間的依次串聯的第三電阻器和第六電阻器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述第三電阻器和第六電阻器的連接處與接地端之間的第二電容器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述PNP晶體管的基極和麥克風的非地輸出端之間的依次串聯的第三電容器和第四電容器；設置在所述麥克風的輸出端之間的第五電容器；以及設置在所述第三電容器和第四電容器的連接處與所述接地端之間的第七電阻器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述第二電阻器中的不與所述NPN晶體管的集電極相連的一端和所述接地端之間的至少一個電容器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述PNP晶體管的集電極和所述接地端之間的相互并聯的第八電阻器和第六電容器。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括正向設置在所述NPN晶體管的發射極和接地端之間的至少一個二極管。此外，在本實用新型的一個或多個實施例中，所述麥克風放大電路還可以包括設置在所述NPN晶體管的發射極和接地端之間的第九電阻器。為了實現上述以及相關目的，本實用新型的一個或多個方面包括后面將詳細說明并在權利要求中特別指出的特征。下面的說明以及附圖詳細說明了本實用新型的某些示例性方面。然而，這些方面指示的僅僅是可使用本實用新型的原理的各種方式中的一些方式。 此外，本實用新型旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。
根據下述參照附圖進行的詳細描述，本實用新型的上述和其他目的、特征和優點將變得更加顯而易見。在附圖中圖1示出了現有技術中的放大電路的示意圖；圖2示出了根據本實用新型的第一實施例的放大電路的結構示意圖；圖3A和;3B分別示出了 NPN晶體管和PNP晶體管的小信號模型簡化電路；圖4示出了圖2中示出的放大電路的等效電路圖；圖5示出了根據本實用新型的第二實施例的放大電路的結構示意圖；圖6示出了圖5中示出的放大電路的等效電路圖；和圖7示出了根據本實用新型的放大電路的電路應用示例示意圖。在所有附圖中相同的標號指示相似或相應的特征或功能。
具體實施方式
下面將參照附圖描述本實用新型的各個實施例。(第一實施例)[0027]圖2示出了根據本實用新型的第一實施例的放大電路10的結構示意圖。參見圖2，所述放大電路10包括兩個級聯的晶體管，即，PNP晶體管Ql和NPN晶體管Q2。如圖2所示，PNP晶體管Ql的發射極通過電阻器R7 (即，第一電阻器)和電容器 Cl (即，第一電容器)連接到NPN晶體管Q2的集電極，該電阻器R7和電容器Cl并聯在PNP 晶體管Ql的發射極和NPN晶體管Q2的集電極之間。在本實用新型的另一示例中，在噪聲精度要求低的情況下也可以省略電容器Cl。NPN晶體管Q2的集電極通過電阻器R9 (即，第二電阻器)將經過放大電路10放大后的信號輸出到后級電路或外部，并且在電阻器R9中的不與NPN晶體管Q2的集電極相連的另一端和接地端之間，還可以并聯設置有兩個電容器C6和C7，并且在經過電容器C6和 C7的處理后輸出到外部或后級電路。在本實用新型的其它示例中，根據設計需要，上述電容器C6和C7可以僅設置一個，或者，可以省略上述電容器C6和C7。NPN晶體管Q2的發射極通過電阻器RlO (即，第九電阻器)連接到接地端。在PNP晶體管Ql的發射極和基極之間設置有相互串聯的電阻器R5( S卩，第三電阻器)和電阻器R3(S卩，第四電阻器)。此外，在PNP晶體管Ql的基極與接地端之間設置有電阻器R4(即，第五電阻器)。電阻器R5、R3和R4進行分壓，給PNP晶體管Ql的基極和射極一個偏置電壓，從而構成PNP晶體管Ql的偏置電路。此外，優選地，在PNP晶體管Ql的基極與接地端之間，還可以設置有與電阻器R4并聯的進行濾波的電容器C8。此外，如圖2所示，在電阻器R5和R3的連接處和麥克風的非地輸出端之間還可以設置有電阻器Rl (即，第六電阻器)。在進行直流供電時，整個直流電路的供電是通過Jl輸入的，直流電壓通過Jl的第一腳輸入，通過電阻器R9，R7，R5，以及電阻器Rl給麥克風一個直流偏置，從而構成麥克風的偏置電路。這里要說明的是，在本實用新型的其它實施例中，也可以省略上述偏置電路，或者采用由其它電路元件構成的偏置電路。關于如何構成偏置電路在本領域中是公知的，在此不進行詳細描述。此外，如圖2所示，還可以在電阻器Rl和電阻器R5的連接處和接地端之間設置電容器C5(即，第二電容器)。利用該電容器C5，可以防止由于從電阻器Rl支路過來的交流信號進入到PNP晶體管Ql的發射極而造成的偏置變化而導致的信號變形以及輸出不穩定。 此外，通過設置電阻器R5和電容器C5，還可以保證后級反饋信號無法串入前級，從而降低
噪聲，提高信號質量。此外，如圖2所示，還可以在PNP晶體管Ql的集電極和接地端之間設置相互并聯的電阻器R6 (即，第八電阻器)和電容器C9 (即，第六電容器)，用于對PNP晶體管Ql的集電極輸出的信號進行濾波，從而提高PNP晶體管Ql的輸出信號質量。此外，在PNP晶體管Ql的基極和麥克風的輸出端之間還可以包括濾波電路單元。 如圖2中所示，所述濾波電路單元包括電容器C2 ( S卩，第五電容)、電容器C3 ( S卩，第三電容器)、電容器C4(即，第四電容器)以及電阻器R2(即，第七電阻器)。濾波單元構成一個高階濾波器，針對Mic信號進行濾波，以降低信號噪聲。所述電容器C3和C4設置在麥克風的非地輸出端和PNP晶體管Ql的基極之間，所述電容器C2設置在麥克風地非地輸出端和接地端之間，以及所述電阻器R2設置在所述電容器C3和C4的連接處與接地端之間。同樣，這里描述的濾波電路單元也僅僅是示例，濾波電路單元也可以采用其它合適的配置。此外， 在本實用新型的其它實施例中，同樣可以省略上述濾波電路單元。圖3A和;3B分別示出了 NPN晶體管和PNP晶體管的小信號模型簡化電路圖，以及圖4示出了圖2中示出的放大電路的等效電路圖。下面參照圖4中示出的等效電路圖，對圖2中示出的放大電路的工作過程進行說明。在放大電路10操作時，麥克風Mic采集聲音信號，并將所采集的聲音信號轉變成交流信號。所述交流信號通過并聯的電容器C2進行濾波，然后連接到電容器C3，然后在電容器C3后并聯電阻器R2形成一個濾波電路，然后串聯電容器C4，通過電容器C4直接進入到PNP晶體管Ql的基極。在輸入信號進入到麥克風放大電路10中的PNP晶體管Ql (作為第一級放大電路) 的基極后，經過PNP晶體管Ql放大后從集電極輸出。從PNP晶體管Ql的集電極輸出后的信號經過并聯的R6和C9的濾波處理，然后進入到NPN晶體管Q2的基極，作為NPN晶體管 Q2的輸入信號，以提高Q2的輸入信號質量。NPN晶體管Q2作為第二級放大電路，對進入NPN晶體管Q2的基極的信號進行放大，放大后的交流信號從NPN晶體管Q2的集電極輸出，并通過電阻器R9，以及電容器C6、C7 輸出到外部或后級電路。同時，從NPN晶體管Q2的集電極輸出的信號通過電阻器R7反饋給PNP晶體管Q1，形成負反饋回路。PNP晶體管Ql對反饋信號進行處理，通過對電阻器R7和R9進行設置，使得反饋回PNP晶體管Ql的信號不是很大，反饋回來的信號進入Ql的基極，經由Ql集電極再輸入到Q2的基極。通過對PNP晶體管Ql進行設置，可以采用犧牲Ql增益的方式，使得反饋回來很小的信號經過Ql的作用達到深度負反饋的效果，從而調節Q2的輸出，改善Q2的輸出線性度，提高NPN晶體管Q2的輸出的穩定性。此外，由于串聯在Q2的發射極的電阻RlO的存在，抬高了 Q2輸出的直流電平，所以通過進一步設置電阻器RlO的電阻值可以設置輸出電平的范圍。相較于其他電阻負反饋電路，由于存在PNP晶體管Ql這級放大電路，導致NPN晶體管Q2的輸出只要分出很小的一部分來反饋給PNP晶體Q1，就可以達到很好的反饋效果。 此外，根據圖1中的負反饋網絡的計算公式可以看出，在同樣的反饋條件下，本實施例的放大電路可以通過PNP晶體管Ql調整反饋回去的信號來進行反饋深度的調整，從而實現高增益。而普通的電阻負反饋電路如果想要提高反饋深度，必須反饋更多的信號，這直接會導致輸出增益的降低。從上面可以看出，在根據本實施例的放大電路中，通過將所述第一電阻器R7和第二電阻器R9的電阻值設置為使得所述PNP晶體管Ql進行低倍放大，并使得所述第一電阻器R7、第二電阻器R9和所述PNP晶體管Ql相對于所述NPN晶體管Q2形成負反饋電路。按照這種方式，將前級晶體管電路用作后級晶體管電路的負反饋電路，從而可以通過犧牲前級晶體管電路的增益進行深度反饋，并且利用晶體管電路的非線性來保證輸出穩定性和線性度。此外，通過設置在電阻器Rl和R5的連接處與接地端之間的電容器C5，可以防止由于從電阻器Rl支路過來的交流信號進入到PNP晶體管Ql的發射極而造成的偏置變化而導致的信號變形以及輸出不穩定。在輸入信號是聲音信號的情況下，通常電容器C5的電容值優選被設置為在IOOuF 220uF之間。此外，通過設置電阻器R5和電容器C5，還可以保證后級反饋信號無法串入前級，從而降低噪聲，提高信號質量。以上參照圖2到圖4對根據本實用新型第一實施例的放大電路10進行了說明，但是要明白的是，上述實施例僅僅是例示性的，本領域技術人員還可以在不背離本實用新型的范圍的情況下，對上述實施例進行各種修改。在其它實施例中，也可以刪除上述實施例中示出的部分元件或電路，或者對上述實施例中的元件進行重新配置。例如，刪除上述偏置電路和/或濾波電路單元，或者對上述偏置電路和/或濾波電路單元的構成進行修改。此外， 根據上述實施例的麥克風放大電路的各個元件的參數值也可以根據具體設計參數進行設置。(第二實施例)圖5示出了根據本實用新型的第二實施例的放大電路20的結構示意圖。圖5中示出的放大電路20中的大部分構成元件與圖2中示出的放大電路10相同，放大電路20與圖2中示出的放大電路10的不同之處僅僅在于利用兩個二極管D1、D2來替換電阻器R10。 如圖5所示，兩個二極管被正向串聯地設置在NPN晶體管Q2的發射極和接地端之間。具體地，二極管Dl的正極與NPN晶體管Q2的發射極相連，二極管Dl的負極與二極管D2的正極相連，以及二極管D2的負極與接地端相連。根據設計需要，在本實用新型的另一示例中，在 NPN晶體管Q2的發射極和接地端之間也可以僅僅正向設置一個二極管，或者正向設置相互串聯的多于兩個二極管。圖6示出了圖5中示出的放大電路20的等效電路圖。放大電路20的工作原理基本上與圖2中示出的放大電路10相同。下面僅僅對不同之處進行說明。由于在NPN晶體管Q2的發射極和接地端設置了正向串聯的二極管D1、D2，該正向串聯的二極管D1，D2的存在抬高了輸出直流電平，從而可以達到后級要求電平。此外，當輸入交流信號很大，并且輸出被放大到很高的峰值時，二極管Dl，D2通過對NPN晶體管Q2進入飽和截止區的電平幅值的控制，能夠控制交流輸出電平的幅值。從上面可以看出，與一般放大電路針對輸出級電平的調整策略是通過在發射級串聯電阻實現的方式相比，根據本實施例的放大電路，可以在滿足高增益的同時實現后級要求的靜態輸出電平。也就是說，按照這種方式，可以克服原先的調整策略中存在的下述問題在電阻小的情況下無法達到要求的輸出直流電平，而在電阻大的情況下會降低放大倍數。圖7示出了根據本實用新型的放大電路10/20的電路應用示例示意圖。如圖7所示，左邊方框內為本實用新型的放大電路部分，Line A和Line B分別對應圖2中Jl的1腳和2腳。根據本實用新型的放大電路特別適合于應用于麥克風中，用于對麥克風輸出的交流信號進行放大。此外，根據本發明的放大電路也適合于其它信號輸出設備。如上參照附圖對根據本實用新型的實施例進行了修改，但是要明白的是，根據這里描述的實施例的方法權利要求的功能、步驟和/或動作不需以任何特定順序執行。此外， 盡管本實用新型的元素可以以個體形式描述或要求，但是也可以設想多個，除非明確限制為單數。雖然如上參照圖描述了根據本實用新型的各個實施例進行了描述，但是本領域技術人員應當理解，對上述本實用新型所提出的各個實施例，還可以在不脫離本實用新型內容的基礎上做出各種改進。因此，本實用新型的保護范圍應當由所附的權利要求書的內容確定。
權利要求1.一種麥克風放大電路，其特征在于，包括PNP晶體管Oil)以及NPN晶體管(Q2)，其中，所述PNP晶體管Oil)的發射極通過第一電阻器(R7)與所述NPN晶體管0^2)的集電極相連；所述PNP晶體管Oil)的集電極與所述NPN晶體管0^2)的基極相連；以及所述NPN晶體管0^2)的集電極通過第二電阻器(R9)向外部輸出放大后的信號， 其中，所述第一電阻器(R7)和第二電阻器(R9)的電阻值被設置為使得所述PNP晶體管Oil)進行低倍放大，并使得所述第一電阻器(R7)、第二電阻器(R9)和所述PNP晶體管 (Ql)相對于所述NPN晶體管^!2)形成負反饋電路。
2.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括 與所述第一電阻器(R7)并聯的第一電容器(Cl)。
3.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述PNP晶體管Oil)的發射極和基極之間的依次串聯的第三電阻器(肪)和第四電阻器(R3)；以及設置在所述PNP晶體管Oil)的基極和接地端之間的第五電阻器(R4)。
4.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述PNP晶體管Oil)的發射極和所述麥克風的非地輸出端之間的依次串聯的第三電阻器(R5)和第六電阻器(Rl)。
5.如權利要求4所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述第三電阻器0 )和第六電阻器(Rl)的連接處與接地端之間的第二電容器 (C5)。
6.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述PNP晶體管Oil)的基極和麥克風的非地輸出端之間的依次串聯的第三電容器(C3)和第四電容器(C4)；設置在所述麥克風的輸出端之間的第五電容器(C2)；以及設置在所述第三電容器(O)和第四電容器(C4)的連接處與所述接地端之間的第七電阻器(R2)。
7.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述第二電阻器(R9)中的不與所述NPN晶體管的集電極相連的一端和所述接地端之間的至少一個電容器(C6)。
8.如權利要求1所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括設置在所述PNP晶體管Oil)的集電極和所述接地端之間的依次并聯的第八電阻器 (R6)和第六電容器(C9)。
9.如權利要求1到8中任何一個所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括正向設置在所述NPN晶體管的發射極和接地端之間的至少一個二極管(Dl)。
10.如權利要求1到8中任何一個所述的麥克風放大電路，其特征在于，還包括 設置在所述NPN晶體管的發射極和接地端之間的第九電阻器(RlO)。
專利摘要本實用新型提供了一種麥克風放大電路，包括PNP晶體管(Q1)以及NPN晶體管(Q2)，其中，PNP晶體管(Q1)的發射極通過第一電阻器(R7)與NPN晶體管(Q2)的集電極相連；PNP晶體管(Q1)的集電極與NPN晶體管(Q2)的基極相連；以及NPN晶體管(Q2)的集電極通過第二電阻器(R9)向外部輸出放大后的信號，其中，第一電阻器(R7)和第二電阻器(R9)的電阻值被設置為使得PNP晶體管(Q1)進行低倍放大，并使得所述第一電阻器、第二電阻器和PNP晶體管相對于NPN晶體管形成負反饋電路。該放大電路通過犧牲前級晶體管電路的增益進行深度負反饋，利用后級晶體管電路的非線性來保證輸出穩定性和線性度。
文檔編號H04R3/00GK202310064SQ20112039742
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者周靖, 姜斌斌, 徐小龍, 陳立國 申請人:歌爾聲學股份有限公司