功率放大電路是一種能量轉(zhuǎn)換電路，要求在失真許可的范圍內(nèi)，高效地為負(fù)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(hào)狀態(tài)下或接近極限運(yùn)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(shè)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(bǔ)推挽功率放大器OCL（無(wú)輸出電容）、單電源互補(bǔ)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(hù)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(xiàn)。
1分立元件組成功率放大器
圖1為一個(gè)由分立元件構(gòu)成的直流化的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)OCL電路。電路由差分放大級(jí)、電壓推動(dòng)級(jí)和復(fù)合輸出級(jí)構(gòu)成。本電路引入了直流負(fù)反饋電路，一般功放中由于存在反饋電容，限制了低頻響應(yīng)，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(wěn)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(jí)電阻引入本級(jí)負(fù)反饋，明顯改善了本級(jí)性能并簡(jiǎn)化了電路。輸出級(jí)工作在 甲乙類(lèi)狀態(tài)，既顧及了效率，也保證元件的線形工作狀態(tài)。差分管放大倍數(shù)等于200，兩管相差要非常小。電壓推動(dòng)管放大倍數(shù)等于80。
在此條件下，加以性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源提供能量和偏置，最后對(duì)整個(gè)電路加以調(diào)試。可測(cè)得：當(dāng)前置輸入20 mV時(shí)，輸出功率＞12 W。該電路應(yīng)注意非線形失真及噪聲的減小，最終調(diào)試較復(fù)雜。但電路只有基本放大電路，因此功能擴(kuò)展余地很大。
2集成功率放大器電路
現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多性能優(yōu)良的集成功放芯片，如雙運(yùn)放NE5532，TDA2040，LM1875，TDA1514等。其中TDA2040功率裕量不大，TDA1514外圍電路復(fù)雜，所以在集成功放設(shè)計(jì)中采用LM1875。
圖2為用LM1875構(gòu)成的集成功率放大器，其開(kāi)環(huán)增益為26 dB，即放大倍數(shù)A=20。其中20 kΩ、1 kΩ電阻組成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，2個(gè)二極管為保護(hù)二極管，輸出端電阻與電容組成防高頻自激電路，正負(fù)電源兩端電容為電源退耦電容。若輸出電阻負(fù)載上功率＞10 W，加上功率管上壓降2 V，則可計(jì)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(hào)電壓峰-峰值為253 V。該電路仍需對(duì)前置放大電路、波形變換電路、穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路加以改進(jìn)，前置放大電路可以采用2級(jí)NE5532典型應(yīng)用電路；波形變換用高精度運(yùn)放OP07完成；穩(wěn)壓電源由LM317和LM337組成；保護(hù)電路由繼電器加三極管電路構(gòu)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連接，防止自激干擾。該電路實(shí)現(xiàn)功放參數(shù)合理，較為簡(jiǎn)單。
功率放大電路還有其他很多形式，如多級(jí)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(jí)、電源電路的設(shè)計(jì)。最后，還要注意由于工作升溫引起的工作點(diǎn)飄移現(xiàn)象，對(duì)其做以適當(dāng)補(bǔ)償以減小電路的非線形失真和穩(wěn)定度的提高。
3結(jié)語(yǔ)
由分立元件組成的功放，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)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(jié)出現(xiàn)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(fù)雜的保護(hù)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(diào)整的余地。
集成功放電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計(jì)具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無(wú)須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問(wèn)題。 |
