功率放大器两种实现方法的比较
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:404
功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器ocl（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器otl（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器btl等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成，也可由集成电路实现。
1分立元件组成功率放大器
图1为一个由分立元件构成的直流化的互补对称ocl电路。电路由差分放大级、电压推动级和复合输出级构成。本电路引入了直流负反馈电路，一般功放中由于存在反馈电容，限制了低频响应，为了消除这种不利影响，只有增大反馈电容，但电容较大，会使电路不稳定。该电路取消了反馈电容，彻底解决了这一矛盾。同时，通过射级电阻引入本级负反馈，明显改善了本级性能并简化了电路。输出级工作在 甲乙类状态，既顾及了效率，也保证元件的线形工作状态。差分管放大倍数等于200，两管相差要非常小。电压推动管放大倍数等于80。
在此条件下，加以性能优良的稳压电源提供能量和偏置，最后对整个电路加以调试。可测得：当前置输入20 mv时，输出功率＞12 w。该电路应注意非线形失真及噪声的减小，最终调试较复杂。但电路只有基本放大电路，因此功能扩展余地很大。
2集成功率放大器电路
现在市场上有许多性能优良的集成功放芯片，如双运放ne5532，tda2040，lm1875，tda1514等。其中tda2040功率裕量不大，tda1514外围电路复杂，所以在集成功放设计中采用lm1875。
图2为用lm1875构成的集成功率放大器，其开环增益为26 db，即放大倍数a=20。其中20 kω、1 kω电阻组成负反馈网络，2个二极管为保护二极管，输出端电阻与电容组成防高频自激电路，正负电源两端电容为电源退耦电容。若输出电阻负载上功率＞10 w，加上功率管上压降2 v，则可计算得输出效率为662%，最大不失真电压峰-峰值为253 v，输入信号电压峰-峰值为253 v。该电路仍需对前置放大电路、波形变换电路、稳压电源和保护电路加以改进，前置放大电路可以采用2级ne5532典型应用电路；波形变换用高精度运放op07完成；稳压电源由lm317和lm337组成；保护电路由继电器加三极管电路构成。该电路以模拟放大为主，各电路板之间要采用双芯屏蔽线连接，防止自激干扰。该电路实现功放参数合理，较为简单。
功率放大电路还有其他很多形式，如多级直接耦合式ocl放大电路，无论功率放大电路为哪一种类型，都要注意前置电压放大级、电源电路的设计。最后，还要注意由于工作升温引起的工作点飘移现象，对其做以适当补偿以减小电路的非线形失真和稳定度的提高。
3结语
由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。许多优质功放均是分立功放。但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功放。且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。在立元件组成功放中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。
集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
功率放大电路是一种能量转换电路，要求在失真许可的范围内，高效地为负载提供尽可能大的功率，功放管的工作电流、电压的变化范围很大，那么三极管常常是工作在大信号状态下或接近极限运用状态，有甲类、乙类、甲乙类等各种工作方式。为了提高效率，将放大电路做成推挽式电路，功放管的工作状态设置为甲乙类，以减小交越失真。常见的音频功放电路在连接形式上主要有双电源互补推挽功率放大器ocl（无输出电容）、单电源互补推挽功率放大器otl（无输出变压器）、平衡（桥式）无变压器功率放大器btl等。由于功放管承受大电流、高电压，因此功放管的保护问题和散热问题必须重视。功率放大器可以由分立元件组成，也可由集成电路实现。
1分立元件组成功率放大器
图1为一个由分立元件构成的直流化的互补对称ocl电路。电路由差分放大级、电压推动级和复合输出级构成。本电路引入了直流负反馈电路，一般功放中由于存在反馈电容，限制了低频响应，为了消除这种不利影响，只有增大反馈电容，但电容较大，会使电路不稳定。该电路取消了反馈电容，彻底解决了这一矛盾。同时，通过射级电阻引入本级负反馈，明显改善了本级性能并简化了电路。输出级工作在 甲乙类状态，既顾及了效率，也保证元件的线形工作状态。差分管放大倍数等于200，两管相差要非常小。电压推动管放大倍数等于80。
在此条件下，加以性能优良的稳压电源提供能量和偏置，最后对整个电路加以调试。可测得：当前置输入20 mv时，输出功率＞12 w。该电路应注意非线形失真及噪声的减小，最终调试较复杂。但电路只有基本放大电路，因此功能扩展余地很大。
2集成功率放大器电路
现在市场上有许多性能优良的集成功放芯片，如双运放ne5532，tda2040，lm1875，tda1514等。其中tda2040功率裕量不大，tda1514外围电路复杂，所以在集成功放设计中采用lm1875。
图2为用lm1875构成的集成功率放大器，其开环增益为26 db，即放大倍数a=20。其中20 kω、1 kω电阻组成负反馈网络，2个二极管为保护二极管，输出端电阻与电容组成防高频自激电路，正负电源两端电容为电源退耦电容。若输出电阻负载上功率＞10 w，加上功率管上压降2 v，则可计算得输出效率为662%，最大不失真电压峰-峰值为253 v，输入信号电压峰-峰值为253 v。该电路仍需对前置放大电路、波形变换电路、稳压电源和保护电路加以改进，前置放大电路可以采用2级ne5532典型应用电路；波形变换用高精度运放op07完成；稳压电源由lm317和lm337组成；保护电路由继电器加三极管电路构成。该电路以模拟放大为主，各电路板之间要采用双芯屏蔽线连接，防止自激干扰。该电路实现功放参数合理，较为简单。
功率放大电路还有其他很多形式，如多级直接耦合式ocl放大电路，无论功率放大电路为哪一种类型，都要注意前置电压放大级、电源电路的设计。最后，还要注意由于工作升温引起的工作点飘移现象，对其做以适当补偿以减小电路的非线形失真和稳定度的提高。
3结语
由分立元件组成的功放，如果电路选择得好，参数选择恰当，元件性能优良，设计和调试的好，则性能也很优良。许多优质功放均是分立功放。但只要其中一个环节出现问题，则性能会低于一般集成功放。且为了不致过载、过流、过热等损坏元件，需要加以复杂的保护电路。在立元件组成功放中由三极管、二极管、电阻、电容等器件组成的核心电路，提供了自由调整的余地。
集成功放电路成熟，低频性能好，内部设计具有复合保护电路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件参数稳定，无须调整，信噪比较小，而且电路布局合理，外围电路简单，保护功能齐全，还可外加散热片解决散热问题。
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