BTL功放电路

BTL功放电路的原理与应用实例

2012年11月3日星期六

集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。产品有单通道和双通道、单功放、双功放及多功放等器件。集成功放在实际应用中通常接成OCL电路，或OTL电路，接成BTL（Balanced Transformer Less，一说是Bridge Transformerless）电路却很少，而BTL电路的优点是电源利用率比前面两种电路高4倍。本文从BTL电路的结构、原理出发，分析BTL电路输入、输出信号特点，最后介绍如何用集成功率放大器件构成BTL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 OM≈V 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

BTL电路要求输入信号为正负信号（对地而言），如果前级电路是OCL电路，问题不大，直接把对地平衡的正负信号输入即可，如果前级是单端输出的信号（以地为信号另一端），则要采取一定方法才行。集成功率放大电路在BTL电路中可采用以下方法。

（1）输入采用从双差分的两个集电极取得相反极性的信号，分别加入到两个功放的同相端，反相端接地，在两个功放的输出端得到相反的信号输出，推动喇叭。这适合于双端输入，不接地，有正负极性信号的情况。如下图所示的电路。

（2）把一路输出信号衰减到足够小后再反馈到另一路功放的反相端，其同相端接地，这适合于单端输入的情况。如下面几个电路图所示。

图中两个功放电路的电路结构相同，增益相同，电源供电和接地线没有画出。在两个功放的输出端得到相反的信号输出，推动喇叭。

这是用TDA2030构成的BTL功放。

这是用TDA2020构成的功放。

（3）把信号分成两路，分别加到两个功放的同相和反相输入端。它们的另一个输入端接地。在两个功放的输出端得到相反的信号输出，推动喇叭。这也适合于单端输入的情况。这种电路的对称性相当好。

（4）下面是一个利用三极管的c,e输出电压极性相反倒相，推动功放电路的一个例子。Ui倒相电路利用3DG6晶体管的集电极和发射极相位相反来实现的。两个集成功放5G37组成BTL电路。该电路输出功率3W。要注意电路的散热条件。在调节时要使静态时扬声器无直流电流。可通过分别调节R6和R10使两电路输出均为6V。若电路增益不够大可改变反馈电阻R8和R12。

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。

OCL和OTL电路负载上获得的最大电压分别是UCC和UCC/2，而它们的电源电压则分别是±UCC和UCC／2。虽然它们的效率都不低，但电源的利用率却不高。其原因是在输入正弦信号的每半个周期中，电路只有一个晶体管和一半的电源在工作，若用两组对称和互补电路组成BTL电路，则输出功率可增大好几倍。BTL电路如图3－17所示。此电路的工作情况如下。