專利名稱：放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器，并且具體涉及用于在預(yù)定電平檢測過度輸入 并且控制輸入信號的衰減的放大器。
背景技術(shù)：
相關(guān)領(lǐng)域中的放大器被設(shè)計為當(dāng)檢測到輸出電位超過預(yù)定值， 例如超過電源電位時，通過衰減輸入信號來防止由過度輸入所導(dǎo)致的 限幅(clipping)。根據(jù)JP-A-10-163769中所描述的技術(shù)，由于對輸出 電位的單獨檢測得不到關(guān)于限幅存在性的可靠確定，在的確檢測到限 幅的發(fā)生之后才會衰減輸入信號。上述的技術(shù)關(guān)注于限幅的防止。因此，當(dāng)發(fā)生限幅或者有很大概 率將發(fā)生限幅的時候，立即衰減輸入信號。該控制太早觸發(fā)了衰減， 并且有些缺乏考慮對音量的感覺。因此，需要對輸入信號進行衰減控 制，以防止過度輸入導(dǎo)致的過度失真，同時保持對音量的感覺。發(fā)明內(nèi)容考慮到上述問題而完成了本發(fā)明。發(fā)明目的在于通過定量地掌握 過度輸入的程度而控制限幅。為了解決問題，本發(fā)明提供了一種放大器，包括 可變增益單元，其調(diào)節(jié)輸入信號的幅度并輸出輸出信號；負(fù)反饋放大單元，其包括用于放大可變增益單元的輸出信號的運算放大器；以及控制器，其比較運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之間的電 位差與參考電位，并且基于比較的結(jié)果而檢測負(fù)反饋放大單元的輸出信號中是否存在限幅以控制可變增益單元，由此控制限幅。通過本發(fā)明，有可能通過比較運算放大器的正相輸入端和反相輸 入端之間的電位差與比較器的預(yù)定參考電位而定量地掌握過度輸入。 允許達到在預(yù)設(shè)電平的過度輸入的限幅。這防止了不合理過度輸入， 而不會削弱對音量的感覺。更精確地說，優(yōu)選地，所述控制器包括用于比較反相輸入端的電 位與參考電位的比較器，以及當(dāng)負(fù)反饋放大單元的輸出信號的幅度增大并變得大到足以在輸出 信號中產(chǎn)生限幅時，所述參考電位變?yōu)閹缀跖c運算放大器的反相輸入 端的電位相同。所述可變增益裝置優(yōu)選地根據(jù)控制信號來調(diào)節(jié)輸入信號的幅度。 優(yōu)選地，所述控制裝置包括用于積分所述比較裝置的輸出信號的積分 裝置，所述控制裝置將所述積分裝置的輸出信號作為控制信號提供給 可變增益裝置。因此，有可能提供反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在這個例子中，所述積分裝置使用不同的時間常數(shù)用于比較裝置 的輸出信號的上升沿和拖尾沿。特別地，用于上升沿的時間常數(shù)小于 用于拖尾沿的時間常數(shù)。這確保相對快的增高時間以防止不合理過度 輸入，還確保相對慢的釋放時間以逐步恢復(fù)可接受的電平。


圖1是示出根據(jù)實施例的放大器的配置的電路圖。圖2示出放大器的負(fù)反饋放大器電路。圖3示出輸入信號Vs和輸出信號Vo與負(fù)反饋放大器電路的反相 輸入端的電位Vi之間的關(guān)系。圖4示出過度輸入的程度與反相輸入端的電位Vi之間的關(guān)系。10:放大器20:負(fù)反饋放大器電路21:運算放大器30:壓控袞減器(VCA)40- 控制電路41- 比較器(Comp) 42:低通濾波器具體實施方式
將參考附圖來描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出根據(jù)實施例的放 大器的配置的電路圖。如圖1中所示，用于放大輸入信號Vin并且輸 出放大后的信號作為輸出信號Vo的放大器10包括反相負(fù)反饋放大 器電路20,其具有工作在電源電位土Vcc的運算放大器21、電阻Rl 和電阻R2;壓控衰減器(VCA) 30,用于按需要衰減輸入信號Vhi; 以及控制電路40,用于控制VCA30。VCA 30的輸出Vs輸入到負(fù)反饋放大器電路20?？刂齐娐?0包 括比較器41,該比較器用于比較運算放大器21的反相輸入端的電位 Vi與運算放大器21的參考電位Vref，控制電路40還包括低通濾波器 42。低通濾波器42用作積分器并且包括二極管D1、電阻R3、以及電 容C1和電阻R4，其中二極管D1的陽極接收比較器41的輸出，電阻 R3位于節(jié)點Z和二極管Dl的陰極之間，電容Cl和電阻R4位于節(jié)點 Z和地電位GND之間。從低通濾波器42的節(jié)點Z提取的信號被輸入 到VCA30。如稍后所述，低通濾波器42可以單獨地設(shè)置對比較器41 的輸出信號的上升沿和對比較器41的輸出信號的拖尾沿(trailing edge) 的響應(yīng)。將參考圖2來描述實施例的概念，圖2示出了放大器10的負(fù)反饋 放大器電路20。一般而言，在反相負(fù)反饋放大器電路20中存在下面的 關(guān)系，其中A表示運算放大器21的增益。Fo = —因此，如下所示，假設(shè)輸入/輸出增益所處的狀態(tài)為放大器10 用作典型負(fù)反饋放大器電路。放大器IO用作典型負(fù)反饋放大器電路的狀態(tài)指的是輸出Vo在土Vcc的范圍內(nèi)且不存在限幅的狀態(tài)。表達式2Fo = j及2 5 ——爿及l(fā) + (及l(fā) +及2)以及表達式3得到上述表達式。在增益A足夠大的情況下，存在下面的關(guān)系 表達式4Ks 及l(fā)在放大器10用作典型負(fù)反饋放大器電路的狀態(tài)中，運算放大器 21的正相輸入端和反相輸入端處于相同電位的虛短路狀態(tài)。正相輸入 端連接到地電位GND，因此Vi被設(shè)置為O。接下來，假設(shè)這樣的狀態(tài)其中，輸入電位VS是過度的，在負(fù)反 饋放大器電路20中出現(xiàn)了限幅。在這個例子中，為簡便起見，電位Vs在正方向過度。當(dāng)發(fā)生限幅時，運算放大器21的輸出電位Vo變得 幾乎等于電源電位-Vcc。在該狀態(tài)下，不再是虛短路了。反相輸入端的 電位Vi的值對應(yīng)于輸出電位Vo (--Vcc)和輸入電位Vs之差被電阻 R1和R2分壓所得到的值。也就是，存在下面的關(guān)系表達式/ 1在此情況下，輸出信號的電位Vo是使用符合規(guī)范但不滿足電源電 位-Vcc的運算放大器得到的，Vi是使用存在限幅的輸出信號的電位Vo 計算的?；蛘撸琕i可以通過試驗得到。圖3示出輸入信號Vs和輸出信號Vo與負(fù)反饋放大器電路20的 反相輸入端的電位Vi之間的關(guān)系。在所示的例子中，直到時刻tl，限 幅不會出現(xiàn)，進行正常負(fù)反饋放大。因此，在運算放大器21的正相輸 入端和反相輸入端之間建立虛短路，反相輸入端的電位Vi幾乎為0。 輸出電位Vo相對于反相的輸入電位Vs而被放大。從時刻tl到時刻t2，輸入信號Vs的幅度變得過度，輸出信號Vo 限幅于-Vcc。該時期中，不再是虛短路，而是應(yīng)用表達式5的關(guān)系。因 此，反相輸入端的電位Vi對應(yīng)于輸入信號Vs的電位。也就是說，有 可能通過檢測反相輸入端的電位Vi而檢測到輸出信號Vo被限幅。通過修改表達式5，得到下面的表達式表達式6<formula>formula see original document page 8</formula>電阻Rl和R2的電阻值以及電源電位Vcc是常數(shù)。在反相輸入端 出現(xiàn)的電位Vi在限幅時與輸入信號的電位Vs成正比例。將使用更多的具體值來進行進一步的描述。假設(shè)負(fù)反饋放大器電 路20的Rl為lkQ、 R2為10kQ，放大系數(shù)為10。假設(shè)運算放大器21 的增益A為80dB ( 10000倍)且電源電位土Vcc為士10V。通過放大系數(shù)IO和電源電位士IOV，用作典型負(fù)反饋放大器電路 而無限幅的最大輸入信號Vs是lV。在此情況下，應(yīng)用表達式3，由此 存在下面的表達式表達式7<formula>formula see original document page 8</formula>換句話說，建立虛短路，由此反相輸入端的電位Vi等于或小于 lmV，并且可以被假設(shè)為幾乎為O。接下來，提供10n/。的過度輸入Vs-l.lV作為輸入信號Vs，以產(chǎn)生限幅。在此情況下，應(yīng)用表達式5，存在下面的關(guān)系表達式8P7 = l.l-(1.1 + 10)'"1A: + 10A: =0.090909 IF=90.909twF當(dāng)由于10%的過度輸入而出現(xiàn)限幅時，反相輸入端的電位Vi大約 為不存在限幅時的假設(shè)電位的90倍之大。類似地，對于20%、 30%、 40%和50%的過度輸入所得到的反相輸入端電位Vi分別為181.82mV、 272.73mV、 363.64mV和454.55mV。如從圖4所理解的，過度輸入的 程度具有與反相輸入端的電位Vi的線性關(guān)系。因此，有可能從反相輸 入端的電位Vi中定量地掌握過度輸入的程度。參看圖1，當(dāng)比較器41被設(shè)置為工作在土90.9mV時，也就是，當(dāng) Vref被設(shè)置為90.9mV時，有可能檢測到由于過度輸入10n/。而建立限幅。 通過以比較器41的輸出信號控制VCA 30且衰減輸入信號Vin，獲得 允許達到10%的過度輸入的限幅并且在高于10%的過度輸入時衰減輸 入信號Vin的放大器。類似地，通過調(diào)節(jié)比較器41的工作電位，也就 是，Vref的電位，可以檢測20%、 30%、 40%或50%的過度輸入所導(dǎo)致 的限幅。通過該方法，在檢測到由預(yù)定程度的過度輸入所導(dǎo)致的限幅 的情況下，操作VCA 30以衰減輸入信號Vin。在實施例中，有可能做到定量地掌握過度輸入，由此允許達到預(yù) 定程度過度輸入的限幅。進行這樣的控制是因為，作為聽覺測試的結(jié) 果，證明了達到某些程度的失真的限幅對于人耳來說并不總是討厭的。 通過本實施例，有可能防止不合理過度輸入，而不會削弱對音量的感 覺。在比較器41的輸出端配置低通濾波器42 (積分器電路)用于穩(wěn) 定反饋系統(tǒng)，有可能做到單獨地調(diào)節(jié)增高時間(attacktime)和釋放時 間(release time)。換句話說，電阻R4的值被設(shè)置為比電阻R3的值 足夠大。電阻R3和電容Cl的時間常數(shù)所確定的增高時間應(yīng)用于比較 器41的輸出信號的上升沿。電阻R4和電容C1的時間常數(shù)所確定的釋放時間應(yīng)用于比較器41的輸 出信號的拖尾沿，這是因為，由于二極管D1的存在而沒有電流流過電 阻R3。 一般而言，希望設(shè)置用于上升沿的時間常數(shù)比用于拖尾沿的時 間常數(shù)短，以便提供相對快的增高時間，從而防止不合理過度輸入， 提供相對慢的釋放時間，從而逐步恢復(fù)可接受的電平。盡管在上述實施例中使用壓控衰減器(VCA) 30作為輸入信號的 衰減器，本發(fā)明并不限于此。例如，可以使用電阻分壓型電子容量 (electronic volume)?；蛘?，可以使用用于調(diào)節(jié)輸入信號的幅度并且 輸出得到的信號的任何類型的可變增益裝置。本發(fā)明可適用于放大器 的各種操作模式，不僅是甲類、甲乙類、丁類等。用于檢測反相輸入 端的電位Vi的比較器41或控制電路40在限幅時可能單獨地為電位 Vi的正和負(fù)值中的每一個而提供。在上述實施例中，運算放大器21的正相輸入端的電位是0V (地 電位)，由此，當(dāng)反相輸入端的電位ViX)時不再虛短路，因此允許對 限幅的檢測。更一般地，當(dāng)運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之 間的電位差超過了OV時，檢測到限幅。也就是說，控制電路40可以 檢測運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之間的電位差，比較器41 可以比較檢測到的電位差與參考電位Vref。盡管在上述實施例中使用反相放大器作為負(fù)反饋放大器電路20, 也可以替代地使用在其中使用運算放大器的非反相放大器。在此情況 下，VCA 30的輸出信號Vs提供給運算放大器的正相輸入端。然后， 電阻Rl被配置在運算放大器的反相輸入端和地電位GND之間，電阻 R2被配置在運算放大器的反相輸入端和輸出端之間。還是在該情況下， 只在不再虛短路的時候才發(fā)生限幅。因此，有可能通過監(jiān)控運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之 間的電位差而檢測限幅，與上述實施例相同?？梢詸z測運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之間的電位差，通過比較器41可以將檢測到 的電位差與參考電位Vref進行比較。在參考電位Vref被設(shè)置為0V的 情況下，比較器41的輸入端之一連接到運算放大器的正相輸入端，比 較器41的另一輸入端連接到運算放大器的反相輸入端。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括可變增益單元，其調(diào)節(jié)輸入信號的幅度并輸出輸出信號；負(fù)反饋放大單元，其包括用于放大可變增益單元的輸出信號的運算放大器；以及控制器，其比較運算放大器的正相輸入端和反相輸入端之間的電位差與參考電位，并且基于比較的結(jié)果而檢測負(fù)反饋放大單元的輸出信號中是否存在限幅以控制可變增益單元，由此控制限幅。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的放大器，其中所述控制器包括用于比較反相輸入端的電位與參考電位的比較 器，以及當(dāng)負(fù)反饋放大單元的輸出信號的幅度增大并變得大到足以在輸出 信號中產(chǎn)生限幅時，所述參考電位變?yōu)閹缀跖c運算放大器的反相輸入 端的電位相同。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其中所述可變增益單元根據(jù)控制信號來調(diào)節(jié)輸入信號的幅度，以及 所述控制器包括用于積分所述比較器的輸出信號的積分器，所述 控制器將所述積分器的輸出信號作為控制信號提供給可變增益單元。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器，其中所述積分器使用不同的時 間常數(shù)用于所述比較器的輸出信號的上升沿和拖尾沿。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其中所述的用于上升沿的時間 常數(shù)小于所述的用于拖尾沿的時間常數(shù)。
全文摘要
放大器包括使用運算放大器的反相負(fù)反饋放大器電路、用于比較運算放大器的反相輸入端的電位與比較器的參考電位Vref的比較器、以及低通濾波器。當(dāng)在輸出信號上發(fā)生限幅時不再有運算放大器的虛短路狀態(tài)。因此，有可能通過監(jiān)控反相輸入端的電位而檢測限幅。
文檔編號H03F3/45GK101325407SQ20081010844
公開日2008年12月17日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月30日
發(fā)明者巖松正幸 申請人:雅馬哈株式會社