BTL功率放大器典型电路设计

摘 要:BTL功率放大器的基础是OCL电路,差分放大OCL电路有良好的温度稳定特性,对OCL的输出中点起到了良好的稳定作用。在OCL电路的基础上加以改进,用两个性能完全相同对称的OCL电路加以组合构成了桥式平衡功放电路,使得功放电路的性能如:输出的灵敏度、信号的噪声比、输出功率有了很大的改进。

关键词:BTL功率放大器 TDA2030A

中图分类号:TN73 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)01(c)-0070-01

功率放大器是扩音机的后级,是高保真音响设备的关键的核心部分。它的作用是对音频信号进行不失真的功率放大,以足够的电功率去推动扬声器。随着电子应用技术的进步和各种元器件的变革,其电路结构形式已经发生了很大的变化,从传统的变压器耦合式推挽电路,发展为OTL、OCL、BTL以及全对称、全直流等多种形式。目前使用较多的是OCL、BTL。下面我就应用原理进行了一个简单的功率放大电路的设计。

1 BTL电路的基本结构和工作原理

BTL功放电路又称桥式平衡功放电路。实质上它是两个特性对称的OCL放大器的组合,其基本电路是用一组电源供电,把两个OCL放大器的功率输出管组成桥式接法,四只功率管分别是桥的四臂,静态时,OCL电路相互对称,因而电桥处于平衡状态,所以负载上无直流电流流动,从而可以不接输出电容而采用直接耦合。

动态时,输入信号由倒向电路分离,在同一时间内分别输出正负半周信号去推动这两组输出电路。BTL的最大输出功率是OCL电路的四倍,当然理论数值实际上还要考虑到管子的饱和压降,发射极电阻的损耗等。

BTL电路的电流利用率高,可在低电源电压下得到较大的输出功率。电路的输出中点。即扬声器中心始终保持零电位,因而,电冲击比其他无变压器电路要小得多。此外,由于电路的对称性,使的同相输入干扰能基本上互相抵消,把偶次谐波干扰也减到最小程度,电路的交流声和失真度极小。但是工作时流过负载的电流是OTL电路的2倍,所以对电源的要求很高,要求电源的内阻rm要很小。

2 几种常见的BTL电路

在BTL电路中,要求左右两路放大器的对称性要好,所以往往采用集成功放来完成。

(1)C-E分割倒相式BTL电路。

它利用VT1集电极与发射极输出信号反相的特点完成BTL电路的倒相作用。这时,E极输出阻抗小而C极输出阻抗大,应而,这种倒相电路的一致性较差。但由于后级采用了高输入阻抗的集成功率放大器,所以影响不是很大。

(2)差分放大倒相BTL电路。

它利用差分放大器作BTL的倒相电路。这是一个单端输入,双端输出的差分电路。其双端输出信号反相,分别推动两路功放电路。这种电路倒相质量高,信号一致性好,电路增益较高,且噪声,相移,失真均较小。

(3)自倒相BTL电路。

由于集成功率放往往采用差分放大器作电路的输入级,因而,具有同相和反相两个输入端(一般使用同相输入端)。把地一集成功放的同相输出信号,通过电位器Rp和R分压,由C耦合至第二集成功放的反相输入端,通过Rp控制输入信号的强弱,使集成功放输出电压相等,从而构成了利用集成功放的自倒相BTL电路。这种电路结构简单,但噪声和失真稍大。

3 AV-3是蚬华(SMC)环绕声功率放大器,这里主要介绍其主功放电路的结构和工作原理

该机的主功放电路为了适应环绕声的五路信号输入,分别设置了五路功率放大器,根据输入信号的性质,这五路功率放大器分别称作左声道功率放大器,右声道功率放大器,中置声道功率放大器,后左环绕声道功率放大器和后右环绕声道功率放大器。这五个功率放大器分别由STK4241V和STK400-040两快厚膜功放集成电路来承担放大任务。

STK4241V功放集成电路。Stk4241V是日本三洋公司出品的双声道功率放大厚膜集成电路,它具有输出功率,失真小,性能稳定等特点,当工作电压为±66V时,每声道的输出功率为120W(8Ω负载),失真度约为0.8‰。其内部结构电路,它由两个完全相同的OCL放大电路组成。其中,VT1、VT2是前置差分放大级;VT4、VT5组成镜像恒流源电路,作为前置放大级的负载VT3级成恒流源,称定前置级的工作点;VT6是推动激励级;C1、C3、C4几防自激的补偿电容;VT8、VT9和VT10、VT11组成推挽互补形成的复合功率放大级;VT7、R2、R3构成恒压限流保护电路,既给互补功放管一个稳定的偏置,又防止功放管因电流过大而损坏;VT12构成电子滤波器,使前置级和推动激励级工作更加稳定;VT13是功放电路的静噪控制管,当有静噪控制电压输入VT13基极时,VT13导通,使VT12截止,电子滤波器没有电压输出,功率放大器的前置级和推动激励级不工作,电路就进入静噪状态。

STK400-040也是日本三洋公司出品的三声道功率放大厚膜集成电路,当工作电压为V±25V时,每声道的输出功率为25W(6Ω负截),失真度约为0.4%。其内部结构,它由三个完全相同的OCL放大电路级成,以中间声道的放大器为例,VT1、VT2为前置差分放大级;VT3为恒流源电路,为VT1、VT2提供工作电流;VT4为推动激励级;VT5构成恒压电路,为互补功放级提供偏压;VT6是另一恒流源电路,作为VT4的负截;VT7、VT8、VT10组成互补推功放电路。

4 结语

如果仅从对功率放大器性能的完美追求上去考虑,我们还可以把许多只功率放大管并联起来工作获得更高的性能。然而这乃是在用高投入成本来获得实际效果增加不多的笨蛋干法。事实上,当人们把功率放大器的输出功率制做得很巨大时,它也成为中高音单元喇叭的致命杀手！而且使用级后分频方式,在使用到高中低三个单元喇叭的情况下就开始明显表现不佳,级后分频方式仅能在二分频情况下表现得比较良好。只有改为采用级前分频方式来设计制作音频功率放大器,我们才能从根本上克服级后分频的缺点,并根据不同工作频带范围要求选用适合的器件,以最少的制造成本获得最高的效果。

参考文献

[1]张兴龙.电子技术基础[M].高等教育出版社.

[2]杨帮文.新型实用功率放大电路集锦[M].人民邮电出版社.

[3]杨国治,杨照,韩淑梅.新颖实用电子器具制作148例[M].人民邮电出版社.

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