BTL集成功率放大器

BTL（Balanced Transformer－Less）功率放大器是一种桥接推挽式功率放大器。它的优点是在较低的电压下可以输出较大的功率，在同样电压和同样负载下，BTL电路的实际输出功率可达到OTL电路的2～3倍。同OCL功率放大器一样，它和输出负载是直接耦合的，因而频响较好，保真度较高，外接元件也少。BTL这种电路形式，虽然早就提出，但由于构成这个电路需要的大功率管较多，比OTL或OCL要多一倍。如果用分立元件来构成BTL电路显得较为复杂，成本也较高。只有做成集成电路，才能充分发挥其优点而尽可能限制其缺点。我厂最近试制了BTL集成功率放大器，现在已有系列产品（见封三），本文以其中一种SL—38为例简单介绍BTL集成功率放大器的原理与应用。

一般推挽电路，不管是变压器推挽电路或是OTL、OCL电路，它们有一个共同点，就是两只输出管是轮流工作的。当一只输出管T\(_{1}\)在“推”时，另一只输出管T2在休息；而T\(_{2}\)管在“挽”时，T1管休息。也就是说：“推”和“挽”不是同时工作的，它们只是在不同的半周里“补齐”信号。可以设想：若使T\(_{1}\)管在喇叭的一端“推”时，另有一T4管在喇叭的另一端“挽”；在T\(_{2}\)管对喇叭的一端“挽”时，另有一T3管在喇叭的另一端“推”，如图1，则局面可能大为改观，BTL电路的设计出发点正在于此。

这里有四只输出管T\(_{1}\)～T4，喇叭接在两个输出端之间。对这电路要求它能达到以下两点：（1）在无输入信号时，两个输出端保持同样的电位，即V\(_{o1}\)=Vo2=12V\(_{CC}\)，因而无直流电流流过喇叭。（2）令T1导通时T\(_{4}\)也导通，Vo1上升多少，V\(_{o2}\)就下降多少，o1=－o2。这样，在这个半周里，喇叭两端的电位差就是2o1。在理想情况下，V\(_{o1}\)可由1;2VCC上升到V\(_{CC}\)，即o1=\(\frac{1}{2}\)V\(_{CC}\)，而V02也可由1;2V\(_{CC}\)下降到0，即o2=-12V\(_{CC}\)，从而喇叭上电位差ΔV=VCC。在另一个半周里，令T\(_{3}\)导通，同时T2也导通，分析同上，喇叭上的电位差－V\(_{CC}\)。所以综观整个周期，喇叭上最大峰—峰电压可达VP－Pmax＝V\(_{CC}\)-（-VCC）＝2V\(_{CC}\)。也就是说，利用同时“推”、“挽”原理，喇叭上的正弦波最大峰—峰电压可达电源电压的二倍。在一定的负载阻抗下，输出功率与输出电压的平方成正比，因此在同样条件下，BTL电路的输出功率可达OTL电路的四倍。

用两块普通的集成功放电路（例如SL—37）也可以构成一个BTL功率放大器，如图2。信号通过C\(_{1}\)从第一级的同相输入端Vi（+）1输入，输出信号为V\(_{o1}\)，然后通过耦合电容C2和电阻R\(_{8}\)加到第二级的反相输入端Vi（-）2。第二级的放大倍数=R\(_{7}\)/R8，使R\(_{7}\)=R8，则V\(_{o2}\)=-Vo1。将V\(_{o1}\)和Vo2同时加到负载R\(_{L}\)两端，因它们幅度相等而相位相反，从而可在负载上得到二倍的电压和四倍的功率（理想情况下）。这种结构还有一个优点，即两个电路的偏置电阻（R3、R\(_{4}\)）是公用的，加上集成电路本身的一致性，并令R5=R\(_{6}\)，所以可以使两个功放输出的静态电位很一致，在无信号时，负载中没有电流流过。

SL—38的具体线路如图3所示。从图上可看出，它是由大体相同的两部分组成。除R\(_{1}\)、R2为公共偏置电阻，R\(_{17}\)为第二级输入电阻，其他元件两部分相同。下面以其左边一部分为例进行分析。

T\(_{1}\)、T2组成复合PNP管，T\(_{3}\)、T4也组成复合PNP管。这两个复合PNP管则组成差分放大器，③端为同相输入端，④端为反相输入端。差分放大信号由R\(_{4}\)上获得，并送到T5、T\(_{6}\)作进一步放大，在R5上形成电压输出。T\(_{5}\)、T6组成达林顿形式，具有较大的增益。

在输入信号驱动下，①端电压上升时，T\(_{7}\)、T8通导，电流经过T\(_{7}\)、T8这两级射极输出器放大后向负载供电。在负半周，①端电压下降，T\(_{11}\)通导，从而引起T9、T\(_{1}\)0通导，电流从负载流入T10至地。

T\(_{12}\)～T14的三个集电极连在一起，实际上起的作用等于是三个二极管的串联，但其正向压降较单独三个E—B结串联起来的正向压降为小。它的作用是：在正半周时充分导通，从而使T\(_{11}\)、T9、T\(_{1}\)0截止，这样就限制了静态电流不使过大；而在负半周时这三个二极管的导通程度则可控制T11、T\(_{9}\)、T10的导通程度，从而控制输出电压。

R\(_{1}\)0是反馈电阻，从输出端反馈至反相输入端④。因T1管的基极加有偏置电压，如果T\(_{4}\)管的基极不加直流反馈，则输出静态中点电平是无法保持的。在设计时使R1=R\(_{2}\)，偏置电压为电源电压的一半，所以输出静态电位亦是电源电压的一半（\(\frac{1}{2}\)VCC）。这样的设计可使电路有尽可能大的正弦波不失真输出功率。

用一块SL—38作BTL集成功率放大器时可按图4进行连接。图中C\(_{1}\)为输入耦合电容。C2、C\(_{3}\)为移相防振电容，因为集成功率放大器是多级倒相负反馈放大器，若不加相位校正电容，则会发生高频振荡，所以必须在①端和②端之间、端与端之间各并接一个小电容，其值可在100pF～1000pF之间选择（电容量过小有时不能完全防止振荡，容量过大则在高频端容易引起失真）。C4、C\(_{5}\)为输出端防振旁路电容，这也是防止高频振荡所必需的，电容量在0.1μF～0.47μF之间选择。这两个电容要尽量靠近输出和地，拉长线容易引起自激。C6、C\(_{7}\)为自举电容，用以保证空载时的输出电压接近于VCC。C\(_{8}\)为第一级至第二级的耦合电容，C9为偏置去耦电容，C\(_{1}\)0为反馈交流旁路电容，R1为调节放大倍数的电阻。为防止万一电路损坏时喇叭烧毁，可用一保险丝与喇叭串接，保险丝的熔断电流根据功率而定。

电路安装时应按如下步骤进行：

1．检查各外接元件接线正确无误。

2．检查电容器极性，不得接反。

3．接上电源，但不接负载，量⑥脚、⑥脚电位应等于\(\frac{1}{2}\)V\(_{CC}\)。若不等于1;2VCC，不得接入负载，并检查C\(_{8}\)、C10、C\(_{1}\)、C9极性是否接反。

4.以上检查正常后，接上保险丝，最后接喇叭。

5．C\(_{2}\)、C3、C\(_{4}\)、C5若断路时，将引起高频振荡，极易烧坏电路，切忌！

上述电路可以加简单音调控制，如图4虚线部分所示，在⑥脚与④脚之间加一RC网络，可使低音有一定提升，提升量由电位器位置决定。

SL系列其他品种的主要指标，请参阅封三。（上海半导体器件十六厂 徐治邦）