BTL功放电路.docx

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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（BalancedTransformerLess，一说是BridgeTransformerless）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Ui正半周时，V1，V4导通，V2，V3截止，负载电流由VCC经V1，RL，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VCC经V2，RL，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：

UOM≈VCC

   最大输出功率为：

（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在VCC，RL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RL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RL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。

静态时由于四个三极管对称，UA＝UB＝UCC／2，因此uo＝0。

当输入正弦信号ui为正半周时，在两路反相输入信号ui、－ui的作用下，VT1和VT4同时导通，RL上获得正半周信号；ui为负半周时，VT2和VT3同时导通，RL上获得负半周信号。

理想情况下，设管子的Uces＝0，则uo的峰值为UCC，输出的最大功率为

是OTL电路的4倍。

实现两路输入信号反相可以有多种方案，例如可利用差动放大电路的两个输出端获得，也可以利用单管放大电路从集电极和发射极获得两个极性相反的信号，或者从两个运放的同相和返乡输入端输入信号，或者从一个运放的输出端反馈回来的信号衰减后再输入另一个同相输入端。

BTL电路综合了OTL和OCL接法的优点，汲取了OCL无输出电容的优点，避免了电容对信号频率特性的影响，BTL电路可以使用单电源也可以使用双电源。

这些改进的措施使它逐渐成为当代功放电路的主流，并为功率放大电路的集成化创造了条件。

目前常用的功放电路有OCL、OTL和BTL电路，它们是当代功放电路的主流，且为功率放大电路的集成化奠定了基础。

BTL功放实例：

1

这个耳聋助听器由TDA2822双功放集成电路加上少量外围元件组成，它与市场上的普及机相比具有输出功率大、电压范围宽等特点，工作电压为1.8—15V，适合中、轻度耳聋患者使用。

工作原理

该助听器电原理图见图1。

其工作原理较简单：

驻极体话筒连接成高增益的漏极输出电路，并将外界声波转换成电信号。

TDA2822组成BTL功放电路，对话筒输出的音频信号进行放大，并以足够的功率推动耳机发声。

为了减小耦合引起的损耗，采用变压器耦合，初级加接C2，可以滤除一部分感应噪音，次级与RP连接，以控制音量大小。

另R1、C1组成去耦电路，以防止信号通过电源引起反馈；R2、C6为BTL电路的频率补偿。

元器件选择与制作

元器件清单见下表

编　号

名　称

型　号

数　量

R1

电阻

470Ω　1/8W

1

R2

电阻

5.1Ω　1/8W

1

RP

可调电阻

100K　WH135型

1

C1

电解电容

4.7u/16V

1

C2、C5

瓷片电容

0.01u

2

C3

电解电容

47u/16V

1

C4

电解电容

10u/16V

1

C6

涤纶电容

0.1u

1

IC

双功放IC

TDA2822

1

MIC

驻极体话筒

CZN－15D或CRZ2－15

1

RJ

耳机

8Ω

1

T

音频变压器

自制

1

S

电源开关

微型的1×2拨动

1

音频变压器T用袖珍收音机输入放大器代用，如自绕，采用E14铁芯，初次级均用直径0.06mm漆包线各绕2000匝。

音量电位器RP采用WH135可变电阻直接焊在印板上。

耳机孔为2.5mm卧式二芯插座。

这个电路只要装配正确，无须调试即能正常工作。

电源采用两节5号电池，静态工作电流为6mA。

2

采用TEA2025组成的BTL和OTL功放电路。

当接成BTL形式时，也是采用输出反馈的方法，可以从内部结构图上看出来。

在6V，4Ω喇叭上，双声道可输出1W*2，单路桥式BTL可以输出2.8W的功率。

3

TDA2003BTL功放电路图，这也是采用输出反馈方式倒相的。

参数名称

符号

极限值和单位

电源峰值电压（50mS）

Vccp

40V

直流电源电压

Vcc

28V

工作电源电压

Vcc

18V

输出重复峰值电压

Io

3.5A

输出不重复峰值电压

Io

4.5A

输出功率

PD（T=90℃）

20W

储存温度

Tstg

-40－+150℃

焊接温度

Tj

-40－+150℃

12

4

TDA8563AQ设计的立体声BTL功放电路

来源:

huangjiapeng

TDA8563AQ使用的是13引脚单排双列直插封装。

内部包含了2×40W的BTL放大器。

供电电压6~18V，负载最低电阻值2欧。

各引脚功能如下：

1输入1

2信号接地

3电源电压1

4输出1（A）

5功率接地1

6输出1（B）

7输出2（A）

8功率接地2

9输出2（B）

10电源电压2

11模式切换控制输入

12检测输出

13输入2

基本应用电路如下：

从图中可以看出，它的每个BTL功放输入端采用把输入信号平均分成两路，分别注入放大器的同相和反相端，另一个输入端交流接地，从而在输出端得到一正一负的信号电压，来驱动喇叭发出声音来。