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集成功放IC电路的桥接与并联应用简析
发布时间:2010/12/8 23:42:00 来源:
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集成功放没有测试配对的烦恼,外围电路简洁,制作的成功率高,是爱好者DIY的首选,在IC种类、指标越做越理想的今天,可供选择的元器件非常丰富,音质、音效也越来越好,制作得当的话,效果不输分发烧友推崇的分立件放大电路。集成电路存在主要问题是,功率IC的功率、电流输出能力往往不尽如人意,在驱动一些低阻抗或灵敏度低的“大食”音箱时往往力不从心。

    为解决集成电路输出功率不足、输出电流不够的问题,BTL(桥接)、并联等电路被开发出来,在很大程度上弥补了以上缺点,最著名的例子当属jeff roland,使用NS公司的LM3886并联桥接,做出了价值12万元人民币的顶级放大器,听过的人都对其强劲的驱动能力和音色赞不绝口。这里有个有趣的小故事,笔者有一位长期为音响杂志供稿的音响评论人朋友,在广州海印听jeff roland驱动B&W801,气势、音质没什么可挑剔的,一曲做罢,音响店老板得意的炫耀:“jeff roland设计就是没的说!用LM3886能做出这样的机器来,勘称绝技啊!”对电路有一定研究的朋友当即晕倒在沙发上……不知道这位朋友了解价值3万多元的MBL5010和价值5万多元的MBL6010是用1元多一片的NE5534做主放大电路后,会有怎样的表现。

    集成电路一般输出功率有限,除了最近几年出现的DRV/MAP系列IGBT放大组件外,一般IC大多只能做到5、60W的输出功率,这还是在最好的外围环境下达到的极限值。一般来说,最进简单的增大输出功率的方式是使用桥接电路,常见的桥接电路如下:

    这个是最典型、应用也最多的桥接电路,工作很稳定,缺点是下臂信号从上臂输出选取,在相位上肯定要滞后一些,因此相位失真大一些。

    改进型的BTL电路如下:

    这个电路上、下臂取信号在同一个点上,因此基本不存在相位失真问题,但反相电路输入不能开路,否则等效于开环放大,必然发生自激,也就是说,这种电路结构最好是有个前级电路。需要注意的是,反相电路的增益计算公式与同相电路不同,切记Rf2与Rf1不能取相同值,否则电路上、下臂波形不对称。

    第二个电路如果进行深入分析的话,还存在一个问题:反相放大电路的音色受外围电路、特别是阻抗的影响很大,大多数条件下,很难做的与同相放大电路完全一致。笔者曾用一只LM4766T做实验,一路做同相放大、一路做反相放大,使用两只完全相同的无源音箱来听音,结果是两者在音色上区别非常明显。

    桥接电路因为上下臂放大倍数、相位、音色上的差异,往往不能精确对称,因此很多人说到全平衡放大器时,往往都觉得声音比较“粗”。有人试图用完全一致的两个同相放大电路做电流输出,在电路前使用非平衡---平衡转换电路来避免此类问题,但常见的转换电路实际也存在上述的弊病,最理想的非平衡转平衡电路实际上是带中心抽头的变压器,可完全避免相位不对称问题。但使用变压器做转换器的话,音色、频响则非常依赖于变压器自身质量,必须使用性能优异的产品,jeff roland使用的是JENSEN变压器。

    桥接电路理想状态下,输出功率是OCL电路的四倍,但是因为电流输出能力等问题,一般只能做到2—3倍数。同时桥接状态下,等效是负载阻抗降低了一半。功放电路对扬声器的控制能力一般是用阻尼系数来表示,可简单的认为阻尼系数等于扬声器(音箱)阻抗除功放电路内阻,阻尼系数高的放大器对音箱控制能力强,低频不拖泥带水,大动态失真小。集成电路内阻高,电流输出能力较差,阻尼系数本就不高,再降低的话,对扬声器的控制能力就更差了。

    为解决阻尼系数、电流输出能力的问题,人们开发出了并联电路,最简单的并联电路示意图如下:

    并联电路等效是在放大倍数不变的情况下,电流输出能力增强2倍(当然也可以是多倍),电流输出能力增强后,电路的阻尼系数、对音箱的控制能力都明显增强了。理论上说并联电路的输出功率与OCL电路没有区别,实际考虑到一般集成电路的电流输出能力有限,大功率状态下往往电流输出跟不上,失真比较大,因此来说并联电路的输出功率往往要大于OCL电路。

    并联电路因为是多路OCL并联,并且有各自的反馈环路,因此一旦有某一路输出有直流漂移、或者是增益不一致的话,很容易因为反馈校正的原因在集成电路之间形成强烈的短路电流,造成上电瞬间集成电路炸毁。

    解决这个问题的方法,一是使用高精度电阻来保证各路增益保持一致,并在输出端使用均流电路;其次是使用直流伺服电路来校正输出零漂,典型电路如下:

    处理好并联的增益精度、输出零漂问题,桥接电路的增益、相位问题后,就可以搭建具有大功率、强电流输出的并联+桥接电路了,简单的示意图如下:

    上图为简便起见,只画出了4片IC的并联+桥接电路,实际在解决好并联与桥接的问题后,完全可以搭建更多路的并联桥接电路,jeff roland的放大器其实就是每声道16片LM3886,上、下臂各8只的设计,在电源充沛、散热良好的情况下,能将B&W801推的虎虎生风,可谓电路设计的顶尖之作。

我司长期致力于功放IC的推广销售,详细的产品资料及销售信息请查阅:http://www.szczkjgs.com/product_1001.htm

 
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