功率放大電路是一種能量轉換電路,要求在失真許可的范圍內,高效地為負載提供盡可能大的功率,功放管的工作電流、電壓的變化范圍很大,那么三極管常常是工作在大信號狀態(tài)下或接近極限運用狀態(tài),有甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)等各種工作方式。為了提高效率,將放大電路做成推挽式電路,功放管的工作狀態(tài)設置為甲乙類(lèi),以減小交越失真。常見(jiàn)的音頻功放電路在連接形式上主要有雙電源互補推挽功率放大器OCL(無(wú)輸出電容)、單電源互補推挽功率放大器OTL(無(wú)輸出變壓器)、平衡(橋式)無(wú)變壓器功率放大器BTL等。由于功放管承受大電流、高電壓,因此功放管的保護問(wèn)題和散熱問(wèn)題必須重視。功率放大器可以由分立元件組成,也可由集成電路實(shí)現。
1分立元件組成功率放大器
圖1為一個(gè)由分立元件構成的直流化的互補對稱(chēng)OCL電路。電路由差分放大級、電壓推動(dòng)級和復合輸出級構成。本電路引入了直流負反饋電路,一般功放中由于存在反饋電容,限制了低頻響應,為了消除這種不利影響,只有增大反饋電容,但電容較大,會(huì )使電路不穩定。該電路取消了反饋電容,徹底解決了這一矛盾。同時(shí),通過(guò)射級電阻引入本級負反饋,明顯改善了本級性能并簡(jiǎn)化了電路。輸出級工作在 甲乙類(lèi)狀態(tài),既顧及了效率,也保證元件的線(xiàn)形工作狀態(tài)。差分管放大倍數等于200,兩管相差要非常小。電壓推動(dòng)管放大倍數等于80。
在此條件下,加以性能優(yōu)良的穩壓電源提供能量和偏置,最后對整個(gè)電路加以調試?蓽y得:當前置輸入20 mV時(shí),輸出功率>12 W。該電路應注意非線(xiàn)形失真及噪聲的減小,最終調試較復雜。但電路只有基本放大電路,因此功能擴展余地很大。
2集成功率放大器電路
現在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)良的集成功放芯片,如雙運放NE5532,TDA2040,LM1875,TDA1514等。其中TDA2040功率裕量不大,TDA1514外圍電路復雜,所以在集成功放設計中采用LM1875。
圖2為用LM1875構成的集成功率放大器,其開(kāi)環(huán)增益為26 dB,即放大倍數A=20。其中20 kΩ、1 kΩ電阻組成負反饋網(wǎng)絡(luò ),2個(gè)二極管為保護二極管,輸出端電阻與電容組成防高頻自激電路,正負電源兩端電容為電源退耦電容。若輸出電阻負載上功率>10 W,加上功率管上壓降2 V,則可計算得輸出效率為662%,最大不失真電壓峰-峰值為253 V,輸入信號電壓峰-峰值為253 V。該電路仍需對前置放大電路、波形變換電路、穩壓電源和保護電路加以改進(jìn),前置放大電路可以采用2級NE5532典型應用電路;波形變換用高精度運放OP07完成;穩壓電源由LM317和LM337組成;保護電路由繼電器加三極管電路構成。該電路以模擬放大為主,各電路板之間要采用雙芯屏蔽線(xiàn)連接,防止自激干擾。該電路實(shí)現功放參數合理,較為簡(jiǎn)單。


功率放大電路還有其他很多形式,如多級直接耦合式OCL放大電路,無(wú)論功率放大電路為哪一種類(lèi)型,都要注意前置電壓放大級、電源電路的設計。最后,還要注意由于工作升溫引起的工作點(diǎn)飄移現象,對其做以適當補償以減小電路的非線(xiàn)形失真和穩定度的提高。
3結語(yǔ)
由分立元件組成的功放,如果電路選擇得好,參數選擇恰當,元件性能優(yōu)良,設計和調試的好,則性能也很優(yōu)良。許多優(yōu)質(zhì)功放均是分立功放。但只要其中一個(gè)環(huán)節出現問(wèn)題,則性能會(huì )低于一般集成功放。且為了不致過(guò)載、過(guò)流、過(guò)熱等損壞元件,需要加以復雜的保護電路。在立元件組成功放中由三極管、二極管、電阻、電容等器件組成的核心電路,提供了自由調整的余地。
集成功放電路成熟,低頻性能好,內部設計具有復合保護電路,可以增加其工作的可靠性,尤其集成厚膜器件參數穩定,無(wú)須調整,信噪比較小,而且電路布局合理,外圍電路簡(jiǎn)單,保護功能齊全,還可外加散熱片解決散熱問(wèn)題。 |