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第四节扩音机的基本性能指标、整机 电路及典型故障分析,第一节扩音机的基本结构和工作过程,第二节前置放大器,本章小节,第三节功率放大器,第五章扩音机,一、基本结构,二、工作过程,三、结构形式,第一节扩音机的基本结构和工作过程,扩音机是一种对声音信号进行放大的电子设备。它由前置放大器和功率放大器组成。,第一节扩音机的基本结构和工作过程,一、基本结构,第一节扩音机的基本结构和工作过程,一、基本结构,（1）前置放大器:,由输入选择与均衡放大电路、等响音量控制电路、音调控制 电路等组成。,（2）功率放大器:,由功率放大电路和扬声器保护电路组成。,第一节扩音机的基本结构和工作过程,二、工作过程,（1）扩音机通电后，由输入选择电路对信号源信号进行选择与控制，再经均衡放大电路进行频率特性的校正和放大。,目的：在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。,目的：使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号源输入的信号电平基本趋于一致。,（2）均衡放大后的信号由等响音量控制电路控制信号的强弱，从而调节音量的大小。,第一节扩音机的基本结构和工作过程,二、工作过程,（3）音调控制电路：根据个人的喜好调节电路的频率特性，适当提升或衰减声音中的高、低频成分。,扬声器保护电路：保护扬声器免受电路冲击电流的干扰，或在电路出现故障时烧毁扬声器,（4）经前置放大器放大处理后的信号被送入功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。,第一节扩音机的基本结构和工作过程,三、结构形式,（1）合并式,把前置放大器和功率放大器组合在一起,缺点：由于小信号电压放大的前置级和大信号电流放大的功率放大在电性能上不能互相兼顾，因而不能使扩音机达到最佳的工作状态，特别是前、后级的电源馈电，电源变压器的电磁干扰，印制电路板的走线排列,共用地线的走向等方面总会存在一定的相互干扰，影响整机性能的提高。,扩音机通常有合并式和分体式两种组合结构形式。,第一节扩音机的基本结构和工作过程,三、结构形式,（2）分体式,把前置放大器和功率放大器彻底分开，分别使用独立电源，单独的机壳，使前、后级之间互不干扰,形成前、后级分体式的结构，在使用时再把它们用信号传输线连接起来。,扩音机通常有合并式和分体式两种组合结构形式。,这种分体式结构的扩音机可获得极高的性能指标。,一、输入均衡电路,二、等响音量控制电路,三、音调控制电路,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,五、电子分频电路,六、音质增强电路,七、超重低音电路,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,输入均衡电路是一种常用的频率均衡放大器，电路的特点在于通过开关 S 的控制，分别接入特性不同的均衡补偿网络，使电路有四种不同的频率特性，以适应不同信号源的补偿需要。,1话筒信号、收音信号或线路信号输入的频率补偿,当 S 置于 1 时，均衡网络由电阻 R8 组成。,优点：可使信号处理简单化，可与普通双声道立体声系统兼容。,输入均衡电路图,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,1.话筒信号、收音信号或线路信号输入的频率补偿,第二节前置放大器,当 S 置于 2 时，均衡网络由 R9、R10、R11、C6、C7 组成,一、输入均衡电路,取值条件：R11 R10、C7 C6，网络呈现的总阻抗为 ZEQ。,低频工作原理：,对低频段信号（小于 1 kHz）：C6 容量较小，可视为开路；C7 的容抗随频率降低而增大，ZEQ 也随频率降低而增大，于是电路负反馈量减小，放大器增益上升。,当频率降低至 50 Hz 以下时，与 C7 并联的电阻 R11 的阻值已可与 C7 的容抗相比拟，即 R11 作为回路的主要反馈元件，使得低于 50 Hz 的频率的提升量受到限制。,这样，电路的输出频率特性在低频段将呈现具有两个转折频率（分别为 f1=50 Hz,f2=500 Hz）的低频提升状态。,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,低频工作原理：,一、输入均衡电路,高频工作原理：,对高频段信号（高于 1 kHz）：R11 的阻值比 C7 的容抗大得多，且在高频段 C7 的容抗将变得很小而可视为短路，这时 C6 的容抗将随频率的升高而减小，它与 R10 并联的结果使网络总阻抗 ZEQ 随之减小，于是反馈量增大,放大器增益下降。,这样，电路形成高频衰减的频率特性（其转折频率 f3=2 120 Hz）。,于是，C7、C6、R11、R10 等元件的共同作用，就使电路具有了提升低频、衰减高频的频率特性。,第二节前置放大器,频率特性曲线：,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,一、输入均衡电路,由于电路元件参数所决定的三个特定转折频率，使电路的特性适用于动圈式唱头的唱机进行密纹唱片放送的输入放大，故把该补偿特性称作 RIAA 频率均衡特性。,在反馈型的频率均衡电路中，如果高频段的负反馈太深，会导致电路产生高频自激，使放大器工作不稳定。为此，在均衡网络中还串入一个电阻 R9，当工作频率高于 32 kHz 时，C7、C6 的容抗都接近于零，但还有 R9 限制其反馈量，使电路获得 32 kHz 以上高频的平坦特性。,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,3.铬带信号重放输入的频率补偿,当 S 置于 3 时，均衡网络由 R12、R13、C8 组成,在中高频段：C8 的容抗随频率的增高而减小，反馈量增大，电路增益下降。这样，电路将呈现一条提升低频、衰减高频的特性曲线，该曲线具有两个特定的转折频率 f1=50 Hz,f2=2 280 Hz。,在中低频段：C8 的容抗随频率降低而增大，使得与 R13 并联的网络阻抗也逐步增大，反馈量减小，电路增益上升。当频率低于 50 Hz 以下时，C8 的容抗很大，相当于开路，电路由 R12、R13 串联作为反馈电阻，使得电路具有最大的增益。,第二节前置放大器,补偿特性曲线如图，适用于磁带（铬带）信号重放的输入补偿。,一、输入均衡电路,第二节前置放大器,一、输入均衡电路,4.普通带信号重放输入的频率补偿,上述两种磁带重放补偿特性曲线又称为 NAB 补偿特性曲线。,当 S 置于 4 时，均衡网络比 S 在 3 状态时多串联一个电阻 R14，使得电路的高频段转折频率（f2=1 330 Hz）发生变化，呈现另一条补偿特性曲线，以适用于磁带（普通带）信号重放的输入补偿。,第二节前置放大器,按转折频率的时间常数不同区分：,120 s（普通带）补偿特性曲线。,70 s（铬带）补偿特性曲线；,二、等响音量控制电路,1.等响音量控制电路基本原理,第二节前置放大器,等响音量控制电路采用有固定抽头的电位器作为音量控制，并加上由 RC 元件组成的高、低音提升网络。,概念：把补偿电路加在音量控制电位器上，随着该电位器的开大或关小，使人耳对高、中、低音都具有相同的响度感觉，故常称作等响音量控制。,二、等响音量控制电路,组成：,第二节前置放大器,电位器 RP 有一固定抽头 B，使得电位器 C、B、D 三端的电阻等效于 R1、R2 的串联；,C1、R1 组成高音提升网络,R、C2 组成低音提升网络,工作原理：电位器 RP,第二节前置放大器,二、等响音量控制电路,当电位器 RP 的滑动点 A 移到 C 端（音量最大）时，信号直接输出，无任何提升作用，其频响为一直线。,随着 A 点逐渐往下移，高、低音提升网络逐渐起作用。当到达 B 点时，高、低音的提升量达到最大。A 点再往下调节时，提升量保持在 B 点的最大值而不再提升。,工作原理：高音提升网络,第二节前置放大器,二、等响音量控制电路,R1、C1 是一个高通网络。C1 的取值应使中、低音等效于开路，频率越高，容抗越小。,中、低音被 R1 衰减输出的同时，高音则通过 C1 输出，从而获得高音提升特性，高音提升的转折频率为:,原理图,工作原理：低音提升网络,第二节前置放大器,二、等响音量控制电路,R、C2 组成的低音提升网络并接在 R2 两端，它实际上是一个RC 的高音衰减电路。,C2 的取值应使中、高音呈短路，对于低音因频率越低，容抗越大，低频提升量越大。R 越大，提升量越小。低频提升的转折频率为：,原理图,工作原理：等响音量补偿电路在低、中、高频的等效电路和补偿特性图,第二节前置放大器,二、等响音量控制电路,高频,低频,中频,二、等响音量控制电路,2.等响音量控制电路,第二节前置放大器,常用的等响音量控制电路如图：,电路中使用一只等响度控制开关 S。,当音量较大时：把开关 S 拨到OFF 位置上，等响度补偿网络便不起作用。,当音量较小时：把开关置于 ON 位置时，等响度补偿网络产生作用。,二、等响音量控制电路,第二节前置放大器,在高响度时：不再提升高、低音，但仍通过开关把 R3 接入电路，这是为了保持断开等响度控制状态时，电路对中音频的等效电路不变，中频等效电路，以避免当开关转换状态时，音量大小发生明显的变化。,在音量较小时：C1 提升高频，C3、R3 提升低频，从而实现 了低响度时的高、低频补偿提升作用。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,音调控制装置用于调节放大器通频带范围内的频率特性，以适应人们在听觉习惯上的不同爱好、放音环境的差异以及扬声器系统的不足，使放音效果得到改善。,音调控制：就是通过调节放大器的频率特性，改变信号中高、低频成分的比重。,常用的音调控制：衰减式、衰减负反馈混合式、谐振式和图示均衡器等。,第二节前置放大器,低音提升、高音衰减、高音提升和低音衰减，如图所示。,三、音调控制电路,音调控制的基本特性：,第二节前置放大器,衰减式音调控制电路特点：控制范围大，调整方便，要求与其配合的放大器的前级要有低的输出阻抗，后级要有高的输入阻抗。,三、音调控制电路,2.衰减式音调控制,衰减式音调控制电路图,第二节前置放大器,其等效电路如图所示,三、音调控制电路,等效电路 1：对于频率在 1 kHz 左右的中音频信号来说，C1、C2 近似于开路，C3、C4 近似于短路。,第二节前置放大器,其等效电路如图所示,三、音调控制电路,等效电路 2：由于C3、C4对中、高频信号可视作短路。RP1的阻值又远大于R2，所以RP1、C2，支路可忽略。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,总的综合频率特性曲线图：,第二节前置放大器,三、音调控制电路,3.衰减、负反馈混合式音调控制,利用电路的衰减特性和负反馈作用来共同对信号的频率特性进行提升或衰减。其基本电路如图所示。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,分析音调电位器 RP1、RP2：,（1）中音频（1 kHz）的增益,对于中音频，C3、C4 相当于短路，C1、C2 相当于开路，电路等效化简为右图所示,（2）RP1A，其电路可等效为图（b）,（3）RP1B，其等效电路如图（c）,（4）RP2C，其等效电路如图（d）,（5）RP2D，其等效电路如图（e）,第二节前置放大器,三、音调控制电路,把 RP1、RP2 置于 A、B 或 C、D 点时，可分别得到低音提升、衰减和高音提升、衰减四种不同的特性，音调控制电路的综合控制特性曲线如图所示。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,4.图示均衡器,多频段音调控制又称图示均衡器，使用较多的音调控制方式。,组成：由各频段的陷波器和控制各频段提升或衰减量的公用放大器两部分组成。由运算放大器组成的陷波器，如下图：,调节 C1、C2 的容量，可以改变陷波器的中心频率。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,公用放大器：,组成：由运算放大器 A 组成,第二节前置放大器,三、音调控制电路,三菱公司生产的单通道五段均衡专用集成电路 M 5227 P 的内电路如下：,电路中，RG1、RG2 的阻值愈大则各频段的提升和衰减量也愈大。为了电路还在输入端增加了一级由 A7 F007 组成的电压跟随器，提高了均衡电路的输入阻抗。,第二节前置放大器,三、音调控制电路,三菱公司生产的单通道五段均衡专用集成电路 M 5227 P 的应用电路如下：,第二节前置放大器,三、音调控制电路,综合控制特性曲线：,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,带宽控制电路的作用：,把高频段的噪声和低频段的交流声干扰滤除，提高信噪比。,带宽控制电路的特点：,采用 RC 高、低通滤波网络和 RC 有源滤波器，要求对控制频带范围之外的信号有较大的衰减作用（12 dB/oct），而频带范围内的频率特性则应较为平坦。,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,1.RC 基本滤波器和有源滤波器,最简单的通频带控制电路由 RC 基本滤波器组成,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,晶体管有源高通和低通滤波器:,由晶体管射极输出器和 RC 滤波电路组成，其截止频率 fc 由电路的 RC 滤波元件的时间常数决定。在频带范围之外，输出信号按每倍频程 12 dB 的斜率衰减。,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,2.带宽控制电路,常用的带宽控制电路如图：,第二节前置放大器,四、带宽控制电路,带宽控制电路的频率特性：,第二节前置放大器,五、电子分频电路,电子分频电路的工作原理：,把全频带信号分成高、低两个频段，然后分别送入两组（或三组）功率放大器，对高、低音频信号分别进行放大，再送至各自的扬声器还音。,第二节前置放大器,五、电子分频电路,1.滤波型分频电路,将截止频率 fc 相同的高通和低通有源滤波器组合起来，利用高通和低通滤波器的特性，在截止频率 fc 处把全频带的音频信号分隔为高频道和低频道。为了要把高、低频信号分隔清楚，滤波器要具有 12 dB/oct 以上的衰减率。,第二节前置放大器,五、电子分频电路,实用电子二分频电路,第二节前置放大器,五、电子分频电路,1.滤波-运算型分频电路,把滤波器和运算器相结合，其结构框图如下：,第二节前置放大器,五、电子分频电路,滤波-运算型分频电路图,第二节前置放大器,六、音质增强电路,音质增强电路常采用美国 BBE Sound 公司的 BBE 音频高分辨率增强技术,作用：调整高、中、低音频之间的相位关系；,拓展高、低频的范围。,BBE 音质增强技术对某声音信号瞬态改善示意图,第二节前置放大器,六、音质增强电路,单片 BBE 处理电路：BBE 2150 AD 电路图,第二节前置放大器,六、音质增强电路,开关 S1、S2、S3 组成的控制功能表,第二节前置放大器,七、超重低音电路,1.超重低音激励器,作用：增强 80 Hz 以下的低音频声音的重放,常用方式：,采用超重低音专用芯片 M 51134；,内部电路包括：频率检测、调整器、电平检测、低通滤波运 放、VCA 压控放大器等；,超重低音电路作用及重放的常用方式：,第二节前置放大器,七、超重低音电路,超重低音激励器全电路图：,第二节前置放大器,七、超重低音电路,超重低音激励器全电路原理框图：,第二节前置放大器,七、超重低音电路,2.超重低音有源音箱,电路由扬声器输入衰减网络、线路输入混合网络、音量控制、补偿网络、可调式低通滤波器、功率放大器、倒相开关、电源等组成。,可接收扬声器输入和线路输入两种信号。,扬声器输入的衰减网络能适应 OCL、BTL 等工作方式的功放级，使用时只需将左、右声道功放的输出信号接至 SPEAKER 输入此时超重低音有源音箱的输出音量受控于原功放的音量控制。,第二节前置放大器,七、超重低音电路,超重低音有源音箱的频谱图,线路 LINE IN 输入端子适合具有超低音输出接口（SUB OUT）的 AV 功放使用。,一、OCL 功率放大电路,二、BTL 功率放大电路,三、全对称功率放大电路,第三节功率放大器,四、直流（DC）功率放大电路,五、V-MOS 场效应管功率放大电路,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,功率放大器简介：,功率放大器是扩音机的后级，是高保真音响设备的关键核心部分。其作用是对音频信号进行不失真的功率放大，以足够的电功率去推动扬声器。,电路结构形式：OTL、OCL、BTL 以及全对称、全直流等多种形式。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,1.OCL 电路,采用正、负两电源供电使推挽电路较为对称地工作，同时，省去了输出电容，使低频端没有衰减，其电声性能指标远远超过OTL电路。,（1）基本结构：OTL 推挽功放电路，每个功率管分别由各自的电源供电，且VCC1=VCC2，即VCE1=VCC1，VEC2=VCC2。两管的发射极与扬声器直接相连接，无输出电容。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）基本结构,此时，OCL 电路输出的中点电位 VA=0。这样就保证了扬声器中无直流电流流入，既保护了扬声器，又能避免额外的失真。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（2）工作过程,当输入信号 vi 加于电路输入端时：,对于vi的负半周，VT1 截止而 VT2 导通，产生电流 iC2 从右向左流经负载 RL；,对于 vi 的正半周，VT1 导通，VT2 截止，产生电流 iC1 从左向右流经负载 RL；,从而在负载RL上得到一个完整的放大了的输出信号。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,OCL 功放电路的输出功率与电源电压 VCC1（VCC2）、负载电阻 RL 的关系公式：,其中，VCC1（VCC2）为每侧电源电压之值。若以 VCC=VCC1+VCC2，VCC1=VCC 表示，其输出功率则与 OTL 功放电路的输出功率完全一样。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,2.差分输入放大电路,OCL 电路各级晶体管间均采用直接耦合，温度的变化，电源电压的波动，都会产生零点漂移现象，使 OCL 电路输出的中点偏离零电位。,因此，OCL 电路往往在前级采用温度稳定性极好的差分（差动）放大电路来克服零点漂移，稳定电路的输出中点，确保中点为直流零电位。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）基本结构,在电路正常情况下，VA=0。这样，两个电阻都与零电位接通，两管的发射极相互连接并通过共用发射极电阻R1接至电源+VCC，对 VT4、VT5 提供偏置电压。电路图如下：,由 VT4、VT5 及 R1 R4 组成差分电路：单端输入、单端输出,要求两只晶体管的特性参数对称，两只偏置电阻 R2 和 R3 电阻数值相等，一个接至公共端（零电位），另一个接到功放输出的中点 A。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（2）静态工作点的稳定,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（3）交流负反馈的引入,作用：改善提高电路的各项交流指标。,交流负反馈工作原理图：,第三节功率放大器,一、OCL功率放大电路,3.OCL 电路静态工作电流的稳定,请同学们参照图进行分析,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,4.具体电路分析,OCL 功放电路的典型实例图：,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,其中，VT1、VT2 组成单端输入、单端输出的差分输入放大电路；VT3 是推动级，它是由一只 PNP 管组成的共发射极放大电路，采用 PNP 型管是为了与差分输入电路的NPN型管相适配，易于中点电压的调零；,VT4、VT6 与 VT5、VT7 组成复合准互补甲乙类推挽功率放大输出级；电路采用正、负两组对称电源供电，使电路能对称地工作。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）静态工作情况,差分输入级 VT1、VT2 两管电流大致相等，IC1 IC2 0.8 mA。R2 既是 VT1 的集电极负载电阻，又是推动级 VT3 的偏置电阻。改变 R2 的阻值，可以调整 VT3 的静态工作电流 IC3，改变 VT3 的集电极电压 VC3，使 OCL 电路的中点电位 VA 0 V。,VD1 和 R7 组成推挽输出级的静态偏置电路，使输出级工作在甲乙类状态。调整 R7 阻值的大小，可以改变输出级的静态工作电流，使其在 10 30 mA 左右。R11、R13 是 VT6、VT7 的偏置电阻。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）静态工作情况,R14、R15 是 VT6、VT7 的发射极电阻，起直流负反馈作用，稳定功放管的工作点。R6 又是直流负反馈电阻，引入的强烈的直流负反馈，自动调节电路的稳定状态，使中点电压 VA 始终维持在 0 V 状态。,（2）动态工作情况,当电路有输入信号时，经 C1 耦合至差分放大输入级。由 VT1放大后，从其集电极输出，直接耦合至推动级 VT3，放大后从集电极输出，加于互补推挽功放的输入端。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（2）动态工作情况,在信号的正半周，VT4、VT6 导通工作，VT5、VT7 截止。反之，在信号负半周时，VT5、VT7 导通工作，VT4、VT6 截止。,这样，上下两路功放电路在信号的正、负半周轮流导通工作，从而完成对输入信号的功率放大。,电路中，C6、R9 组成自举电路，用来提高下路功放管 VT5、VT7 的基极驱动电流，使其在输出负半周信号时可以充分导通。R5、C3 是电路的交流负反馈调节支路。VT6、VT7 的发射极电阻 R14、R15 还具有交流负反馈作用，改善电路的交流特性。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,5.OCL 厚膜功放集成电路,厚膜功放集成电路是在一块基片上用厚膜技术把若干个有源芯片和无源元件连接起来，再加以封装的完整组件。,特点：精度高，功率大，电路设计灵活，应用简单方便等。,使用条件：负载允许短路时间为 2 s，工作外壳温度在 100 左右，保存温度为 20 135。,分类：单路（单声道）和双路（立体声）。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）STK4101系列功放集成电路,该系列属 OCL 电路双路结构，包括了下表所列出的 10 种集成电路。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（1）STK4101系列功放集成电路,从表中可知，它们的主要电参数区别是供电电压与输出功率的不同。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,内电路和应用电路图,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（2）STK 4036 系列功放集成电路,这七种 OCL 功放集成电路采用了全互补单路结构形式，有较好的电路对称性，因此，其失真度极小，只为 0.008%。工作时最高壳温可达 125。其参数表和内电路和应用电路图如下：,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,（2）STK 4036 系列功放集成电路参数表,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,STK 4036 系列功放集成电路内电路和应用电路图,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,6.扬声器保护电路,下图所示是一种专门用于 OCL 等功放电路的扬声器保护电路，它能有效地消除功放开关机的冲击噪声，防止输出端直流偏移零电位及功放过流时损坏扬声器。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,6.扬声器保护电路,电路中使用了专用扬声器保护电路 PC 1237。实用中，根据功放电路的交、直流供电状态，电路中的 R6、R8、R12 将有不同的取值范围。见下表：,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,6.扬声器保护电路,保护电路工作电压为 25 60 V，通常可直接利用功放的正电源供给。PC 1237 由单电源供电时，8 脚是电源端，最高极限值为 8 V，当工作电压不同时，可改变 R8 适应之。继电器 K 的工作电压为 24 V，串入 R12 是为了适应不同电源电压的要求。,PC 1237 的 7 脚是扬声器接入延时控制端，延时时间的长短由 C3、R7 对应的时间常数决定。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,6.扬声器保护电路,当 2 脚检测到 L 或 R 声道的功放中点直流电位发生正或负的漂移，且超过设定的阈值时，内部电路马上使继电器释放，断开扬声器，达到保护的目的。,电路内部设定的控制阈值为 1 V 左右。,PC 1237 的 4 脚是交流断电检测端，防止功放关机的噪声冲击扬声器。4 脚的检测最高极限电压为 10 V。,第三节功率放大器,一、OCL 功率放大电路,6.扬声器保护电路,当 3 脚直接接地时为自动复位工作方式，继电器则自动恢复接通扬声器。当 3 脚经电容 C1 接地则为锁存工作方式，即继电器一旦动作断开扬声器，将一直继续保持，不管功放电路是否恢复正常，一直到电源开关关断后电路重启为止。,PC 1237 的 3 脚是扬声器保护电路工作方式选择端。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,1.BTL 电路的基本结构和工作原理,BTL 功放电路又称作桥式平衡功放电路。实质上它是两个特性对称的 OTL 放大器（或 OCL 放大器）的组合,其基本电路如图所示,用一组电源 VCC（VCC 的大小与原 OTL 电路一样）供电，把两个OTL 放大器的功率输出管 VT1、VT2 和 VT3、VT4 组成桥式接法，四只功率管分别是桥的四臂。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,1.BTL 电路的基本结构和工作原理,设在输入信号的正半周期间，倒相电路左边输出正信号使VT1导通，右边输出负信号使VT4导通，从而产生输出电流 iC1 流经负载，其流向为：,VCC 正极 VT1 c 极 VT1 e 极 RL VT4 e 极 VT4 c 极 VCC负极,在 RL 上得到正半周的输出信号。,这时，VT1、VT4导通；IC M1=VCC/RL。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,1.BTL 电路的基本结构和工作原理,同理，在输入信号的负半周期间，倒相电路左负右正。使 VT2、VT3 导通，信号电流 iC2 流经 RL 产生负半周输出信号，其流向为：,VCC 正级 VT3 c 极 VT3 e 极 RL VT2 e 极 VT2 c 极 VCC 负极，且 IC M1=VCC/RL。,不论正半周或负半周，加于负载 RL 上的最大输出电压 Vcm 均为VCC，于是可以得到 BTL 功放电路的最大输出功率为：,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,1.BTL 电路的基本结构和工作原理,BTL 电路的电流利用率高，可在低电源电压下得到较大的输出功率。电路的输出中点，即扬声器中心始终保持零电位，因而，电冲击比其他无变压器电路要小得多。此外，由于电路的对称性，使得同相输入干扰能基本上互相抵消，把偶次谐波干扰也减到最小程度，电路的交流声和失真度极小。但是工作时流过负载的电流是OTL 电路的 2 倍，所以对电源的要求很高，要求电源的内阻 Rm 要很小。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,2.几种常见的 BTL 电路,（1）C E 分割倒相式 BTL 电路,工作原理：利用 VT1 集电极与发射极输出信号反相的特点完成BTL 电路的倒相作用。,这时，E极输出阻抗小而 C 极输出阻抗大，因而，这种倒相电路的一致性较差。但由于后级采用了高输入阻抗的集成功率放大器，所以影响不是很大。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,C E 分割倒相式 BTL 电路图,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,（2）差分放大倒相 BTL 电路,工作原理：利用单端输入、双端输出差分放大器作 BTL 的倒相电路。其双端输出信号反相，分别推动两路功放电路。,特点：倒相质量高，信号一致性好，电路增益较高，且噪声、相移、失真均较小。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,（3）自倒相 BTL 电路,把第一集成功放的同相输出信号，通过电位器 RP 和 R 分压，由 C 耦合至第二集成功放的反相输入端，通过 RP 控制输入信号的强弱，使两集成功放输出电压相等，从而构成了集成功放的自倒相BTL 电路，如下图。这种电路结构简单，但噪声和失真稍大。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,自倒相 BTL 电路的实际应用,集成电路 TDA 2030 A 1 脚是同相输入端，2 脚是反相输入端。信号由 IC1 1 脚输入，放大后的同相信号由第 4 脚输出加于负载的上端。,此外，由电阻 R7、R6 对 IC1 输出的同相信号进行分压，由 C5 送入 IC2 的反相输入端（2 脚），放大后的反相信号由 IC2 的 4 脚输出，送到负载的下端，从而使负载得到合成的输出电压。,该电路在双电源 16 V 供电情况下，可输出 34 W 的最大功率。,第三节功率放大器,二、BTL 功率放大电路,自倒相 BTL 电路的实际应用电路图,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,全对称功率放大电路,全对称功率放大电路是 OCL 功率放大电路的改进形式。它把OCL 电路中的差分输入放大级、推动放大级和复合功放级等电路都设计成互补对称的形式，从而使信号从输入到放大后输出都处于推挽放大之中。,特点：由于该电路具有很好的对称性，故具有很高的稳定性和保真度。,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,全对称功率放大电路：,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,1.全对称功放电路的基本组成和工作原理,工作原理：,当输入信号正半周时，VT3、VT4 差分电路工作，信号经放大后由 VT3 的集电极输出，直接耦合至 VT5 作推动放大，然后再推动VT7、VT9 上路功放管工作，功放后的信号由 VT9 的发射极输出，推动扬声器工作。,当输入信号负半周时，电路则由 VT1、VT2、VT6、VT8 和 VT10 工作，放大信号的负半周。这样，电路将对称地推挽工作，共同完成对输入信号的放大。,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,2.恒流源负载电路,由图分析，当推动管 VT5 工作时，VT6 将处于静止工作状态。这时，VT6 的基极偏置来自于 R5 上的压降，而 R5 上的压降又取决于差分电路 VT1 的工作电流。由于差分电路工作特性非常稳定，故 VT6 偏置亦将是稳定的。该恒流源就作为推动管 VT5 的工作负载。,根据晶体管特性，在正常状态下，IC 只与 IB 有关，即 IC=IB。一旦 IB 确定，IC 也就基本固定。vCE 的变化对 IC 不会有多大的影响。,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,2.恒流源负载电路,如图所示，尽管 vCE 的变化量 vCE 很大，但 iC 的变化量 iC 却很小。这就说明晶体管的动态内阻 vCE/iC 是一个很大的数值，约几百 k；而它的直流内阻 VCE/IC 却很小。这样，交流状态下，VT6 具有较大的阻值，相当于 VT5 的交流负载电阻增大，从而使电路的增益得到提高。,第三节功率放大器,三、全对称功率放大电路,2.恒流源负载电路,当 VT6 作下路推动放大时，VT5 则作为 VT6 的恒流源负载，以使 VT6 得以正常工作。,推动级工作时，VT5 导通，集电极电流增大。此时，由于 VT6 电流恒定，使得 VT5 电流的增量全部注入后级，使得 VT7、VT9 得以充分导通工作。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,1.直流功率放大电路的特点,图（a）电路中由于输入耦合电容 Ci 和负反馈电容 CF 的存在，放大器在较低频率时会呈现衰减现象，故不能放大直流信号。,图（b）电路虽然省去了 Ci，但 CF 仍会在低频率时使负反馈加深，而对直流则全反馈，故与图（a）一样属于交流放大电路。,现代的功率放大电路（OTL、OCL 等）大都采用直接耦合形式，但是直接耦合不一定就是直流放大器。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,1.直流功率放大电路的特点,图（c）电路既不用 Ci 也不用 CF，负反馈量不再随频率而变，放大器对直流和交流具有相等的负反馈量，使直流和交流增益相等，即放大电路既可放大交流，也可放大直流，这是完全的直流放大电路。,图（d）电路从本质来说也属于直流放大电路，但有意接入了 Ci（构成高通滤波器），致使直流不能通过，低频存在衰减。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,直流功率放大电路的特点：,直流放大电路的频率特性、输出信号的相位，负反馈深度和输出内阻等不随频率而变化。,通常所说的直流功率放大电路，并非真要放大直流信号，而是指可以放大很低频率信号的功率放大电路。,实际听音表明，在重放低频信号时，直流放大器的音质要比交流放大器丰满动听。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,2.互补差分放大电路,为使交流放大电路具有直流放大电路的性质，必须去除电容 CF，如图所示。图中，VT1、VT2 是差分放大器。根据电路的对称性，R1 需等于 R2。可是，CF 去掉以后,隔直作用消失，R3 与 R2 并联，严重影响了 VT2 的工作状态，导致差分电路和功放电路极不正常。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,2.互补差分放大电路,直流功率放大电路常把差分电路改为由四只管子组成的互补差分放大器，如下图所示，图中，VT1 VT4为互补差分放大管，它们的参数必须对称，因而 IB1=IB2，IB3=IB4，基极电阻 R1、R2 中无直流电流通过，即互补差分电路的直流工作状态与 R1、R2 无关，从而为省去 CF 提供了良好的条件。,互补差分放大电路还可输出不同相位的激励信号，为平衡激励打下基础。同时，电路有良好的共模抑制能力，使电路的输出中点得到稳定。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,互补差分放大器电路图,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,3.直流功率放大电路,如图所示，VT1 VT4 组成互补差分放大电路。当信号输入时，从 VT1 和 VT2 的集电极输出相位相反的信号，分别送至由 VT5、VT6 组成的平衡激励电路。,当输入正半周信号时，VT6 工作，而VT5 则作为恒流源负载，使 VT6 的电压增益比电阻负载时要大得多。,当输入信号为负半周时，VT6 又等效为 VT5 的恒流源负载。这种激励方式增益高，失真小，使输出管能得到较大的激励功率。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,直流功率放大电路图：,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,3.直流功率放大电路,上述直流功放电路去掉了 Co、CB 和 CF，这些电容的影响也随之消失，所以电路特性要比 OCL 电路好，但是要选择四只特性相同的互补差分放大管往往有一定的困难。,图中有两个消振电容 CN，还未能彻底根除瞬态互调失真现象。因此，要进一步提高电路性能，必须把 CN 也去掉。而 CN 是利用它的滞后补偿作用来防止电路出现高频自激，把它省去后，电路必然会因相移而出现自激。这时由于电路中只剩下电阻和晶体管，而电路的相移只能由晶体管的高频特性产生。,第三节功率放大器,四、直流 DC 功率放大电路,3.直流功率放大电路,通过严格选择各级晶体管的不同高频特性（截止频率），即调整有源相移元件来改变电路的相移，达到防止自激的目的。这样一来，电路既没有电容又没有变压器，要比直流功率放大电路具有更优越的性能，称作 CL 功率放大电路。,第三节功率放大器,五、V-MOS 场效应管功率放大电路,1.V MOS 管的性能特点和使用（1）V MOS 管的性能特点：,a.它既保留了一般场效应管的全部特点，又具有接近理想的线性传输特性，且耐压高，输出电流大，非常适宜于在音响设备中使用。,b.具有高输入阻抗（108 左右）和低驱动电流（0.1 A），使输入端能直接与高阻抗的器件相接。其驱动功率很小，一般认为只要有电压就可以驱动，在音频功率放大器中可使推动和偏置电路大大简化。,第三节功率放大器,五、V-MOS 场效应管功率放大电路,（1）V-MOS管的性能特点：,d.工作频率高，可达超高频范围，且通频带宽，被广泛应用于超高频的大功率放大、振荡、混频等电路。,e.增益高，其一级放大可以代替晶体管的 3 5 级放大，从而更加简化放大电路的结构。,c.开关速度快（纳秒级），尤其适用于高速开关电路，如 V MOS 管能在 4 ns（纳秒）内开关 1 A 的电流，这比普通的晶体管快了 10 200 倍，在音响电路中可显著减小开关失真现象。,f.具有负的电流温度系数，其漏极电流能随温度的上升而下降，且无二次击穿现象，性能稳定可靠。,第三节功率放大器,五、V-MOS 场效应管功率放大电路,（2）V-MOS管的使用：,V MOS 管根据其结构中沟道所属的半导体导电类型，分为 P型沟道和