原创 如何利用集成功放构成BTL电路

1BTL电路
1.1BTL电路的组成及工作原理
    大家知道OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。电路如图1所示。

    在输入信号U_i正半周时，V₁，V₄导通，V₂，V₃截止，负载电流由V_CC经V₁，R_L，V₄流到虚地端。如图1中的实线所示。
    在输入信号Ui负半周时，V₁，V₄载止，V₂，V₃导通，负载电流由V_CC经V₂，R_L，V₃流到虚地端。如图1中虚线所示。可见：
    （1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为：U_OMV_CC
    最大输出功率为：

    （2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在V_CC，R_L相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；
    （3）BTL电路的效率在理想情况下，仍近似为78.5%。
1.2集成功率放大电路构成BTL电路的条件
    在实际工作中经常用到集成功率放大电路，两块对称集成功率放大电路也可构成BTL电路。用集成电路怎样才能构成BTL电路。上面已经介绍了分立元件的BTL电路，首先我们来分析分立元件BTL电路特点：
    （1）由电路结构中可见，BTL电路由2个互补对称电路构成，A1，A2电路的元件参完全相同；
    （2）2个互补放大器输入端电压极性相反，其值大小相等，即为差模信号。
    （3）2个互补集成放大电路输出端电压的极性相反，值大小相等，即负载R_L两端电压大小相等，极性相反。
    根据以上特点，可采用2种型号、参数完全相同的集成功率放大电路，且使2个放大输入信号极性相反，同时使负载两端（输出端）的电压极性相反，便可构成BTL电路，在实际中通常这种方法，容易使电路参数完全对称，一般采用双功率放大电路构成。其原理框图如图2所示，要求A1，A2输入信号大小相等，放大电路输入、输出回路完全相同，只有这样才能保证负载R_L两端电压大小相等；另一方面要求A1，A2都不具有（或都有）倒相作用，保证负载两端电压极性相反。另一种方法就是将双端输入改为单端输入，输入、输出信号满足上述要求即可。

2集成功放构成BTL的方法
    根据以上特点集成功率放大电路在BTL电路中可采用以下方法。
    (1)电流驱动法
    如图3所示，该电路将输入电压转换为输出电流，输出电流表达式为：
 

    由此可见：输出电流I_O和输入电压V_IN成正比（电流驱动法），而与负载的大小及性质无关。电流驱动方式可降低由于电动机有较大电感而引起的移相问题，因此在伺服系统中得到了广泛地应用，他有助于稳定伺服环。利用参数相同的上述两个电路A和B，使两电路的电流大小相等，方向相反的流过负载，构成电流驱动方式的BTL电路，他具有恒流源特点。负载获得的电流和功率分别为电流驱动方式的2倍和4倍，从而提高了输出功率。图3应用在集成电路的功耗满足输出功率的条件下。

    (2)并联接法
    图4（a）为将2个集成功放电路采用射极跟随器接法，输出端接相等的电阻R₄和R₅后并联在一起，这样可以输出功率增加1倍，但由于2个射极输出器的并联，降低了A1的负载电阻值，为了弥补他引起的输出电压的下降，降低输出功率，A1可采用高压运算放大器来完成。而图4（b）则省去了一个运算放大器。他利用A1电压串联负反馈实现稳定的输出电压，A2则同时提供，另一部分电流来增加输出功率。该电路的特点是在增加功率的同时，输出电阻几乎不改变，而且输出电阻高，这种方法使用比较方便。
    在使用时要注意：图4（a）中A2，A3 及图4（b）中A1，A2输出电压的极性要相同，应用在输出功率受到集成电路损耗的限制而不满足要求的情况下。若采用2个相同的图4电路，只要输出信号大小相等，相位相反，同样可构成BTL电路。其输出电流和功率分别是图4电路中的2倍和4倍。
    (3)电压输出法
    利用功放电路A1，A2分别构成电压放大电路，使R_L两端的电压极性大小相等，相位相反，在构成电路时，尽量使电路对称，同时选用参数相同的功放电路，以减小失真。以选用双功放电路最好。
    (4)双桥电路接法
    桥电路有半桥、单桥（又称全桥）、双桥之分，而半桥功率电路即推挽式一般只能应用驱动扬声器和电动机绕组为T型连接，当然也可用2个半桥电路构成一个全桥电路。他既能驱动扬声器，同时又可驱动电机，前面的BTL电路为单桥电路。这里介绍构成双桥电路的方法。
    方法①利用2个相同的BTL电路构成双BTL电路。
    方法②采用4个相同的半桥功放电路或2个全桥电路构成双BTL电路，输出电流增大1倍。
3注意事项
    首先要根据系统对功放的要求和实际已有的器件合理的使用方法，由于功放电路末级有较大的损耗，应将散热作为重要问题来考虑，引起足够重视，选用参数对称性好的器件，将双功放电路或双通道运放电路及多功放电路作为首选，对音频放大电路应选用线性好的双通道器件，减小音频失真。考虑性能价格比和功放电路对前级放大电路放大倍数的影响。
4结语
    由于集成电路技术的发展，目前集成电路使用已几乎有完全取代分立元件可能，但集成电路由于管脚多，给使用中带来不方便，本文从分析了分立元件BTL电路的特点，总结电路中输入、输出信号之间的一般规律。最后归纳出集成功放电路构成BTL电路常用的几种方法，相信一定会对你在实际工作中，使用集成电路带来极大的方便。在应用设计中，集成电路的散热问题显得更加突出，应给予足够的重视，否则集成电路将会被烧坏