集成音頻功放IC應(yīng)用于BTL方法探討與實(shí)驗(yàn)

BTL(Bridge-Tied-load)意為橋接式負(fù)載。負(fù)載的兩端分別接在兩個(gè)放大器的輸出端。其中一個(gè)放大器的輸出是另外一個(gè)放大器的鏡像輸出，也就是說加在負(fù)載兩端的信號(hào)僅在相位上相差180°。負(fù)載上將得到原來單端輸出的2倍電壓。從理論上來講電路的輸出功率將增加4倍。BTL電路能充分利用系統(tǒng)電壓，因此BTL結(jié)構(gòu)常應(yīng)用于低電壓系統(tǒng)或電池供電系統(tǒng)中。在汽車音響中當(dāng)每聲道功率超過10w時(shí)，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一個(gè)放大器放大的信號(hào)都是完整的信號(hào)，只是兩個(gè)放大器的輸出信號(hào)反相而已。用集成功放塊構(gòu)成一個(gè)BTL放大器需要一個(gè)雙聲道或兩個(gè)單聲道的功放塊。但是并不是所有的功放塊都適用于BTL形式，BTL形式的幾種接法也各有優(yōu)劣、下面藉助于制作實(shí)驗(yàn)，對(duì)各種接法逐一介紹。實(shí)驗(yàn)中用到的功放集成塊有LM1875，LM3886，TDA1514，LM4766。由于個(gè)人比較偏好于LM4766的音色，且其他IC的應(yīng)用雜志上也多有介紹。因此以LM4766的BTL應(yīng)用為例。

圖1所示是LM4766的第一種BTL應(yīng)用接法。輸入信號(hào)從LM4766放大器B的同相輸入端輸入，R6，R4，C2是其負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。放大器A的反相輸入端信號(hào)經(jīng)過R9從放大器B的輸出端引入。并被R9，R1，C1分壓。同時(shí)R1，C1，R3鵬又是放大器A的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)C6端輸入信號(hào)為V，放大器B的增益為PB＝（R4＋R6）／R4，B的輸出端電壓為PB*V。放大器A的輸入是經(jīng)過分壓的，分壓系數(shù)為 R1／（ R9＋R1），在電路中一般取R9=R6，R4＝R1。因此分壓系數(shù)為1／PB，放大器A的反相輸入信號(hào)亦為 V，其增益為-（R4＋R6）／R4，R3一般等于R6，所以A的增益為-PB*V。在負(fù)載上得到的輸出為此兩信號(hào)的迭加，即2PB*V。但是在此種形式的應(yīng)用中存在著影響音效的環(huán)節(jié)。首先是R9必須嚴(yán)格等于R6，否則這一誤差將會(huì)被A的放大系數(shù)所放大，使A和B的輸出信號(hào)幅度相差很多。其二由于A的負(fù)反饋中C1的存在，A的輸出在相位上并不會(huì)完全與B的輸出相差180°。這是HI-FI玩家最忌諱的事。在實(shí)際制作與聆聽中也發(fā)現(xiàn)，電路的輸出在定位與層次感上，的確是讓人糊涂。但此電路不論是空載，還是無輸入信號(hào)或輸入信號(hào)的信號(hào)源內(nèi)阻很大，電路皆能正常工作。而且額外增加的元器件僅一電阻而已。穩(wěn)定簡(jiǎn)單是此電路的特點(diǎn)。

圖2所示是LM4766的第二種BTL應(yīng)用接法。A作為反相放大器，B作為同相放大器。A的增益為-R17／R1，B的增益為（R4＋R6）／R4，可取適當(dāng)?shù)闹凳苟咴鲆嫦嗟取Ｓ捎贏、B放大器的輸入信號(hào)在相位上是絕對(duì)相等的，經(jīng)過放大后相位即使有延遲，但只要延遲的相位相等，迭加后也不會(huì)存在相位混亂的問題。此電路的適應(yīng)性很不理想。因?yàn)樗鼘?duì)輸入信號(hào)源的要求很高。信號(hào)源必須在電路上電前加入，而且內(nèi)阻要足夠小。在不接入信號(hào)源時(shí)，A作為跟隨器將會(huì)輸出一直流電壓損壞喇叭。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻太大時(shí)，A的放大系數(shù)會(huì)變小。此種接法適用于在電路中加有低輸出電阻的前級(jí)的電路系統(tǒng)中。

圖3所示是LM4766的第三種BTL應(yīng)用接法。電路中加有一塊NE5532。它改善了圖2接法中的不穩(wěn)定性。NE5532的放大器 A11 為電壓跟隨器，A27為反相器。因此，LM4766的兩個(gè)同相放大器的輸入是反相的，它們的輸出亦是反相的。在All中使用了C7電容，應(yīng)此在A11的輸出中是不含直流分量的，所以A27可采用直流負(fù)反饋，這使得 A27 的輸出與 A11 的輸出正好相差180°，因而不存在圖1所說的相位延遲問題。同時(shí)由于NE5532的輸出內(nèi)阻是相當(dāng)小的，它又解決了圖2中不穩(wěn)定的問題。只是電路中增加了一塊IC，使電路的復(fù)雜程度有所提高。

作者對(duì)以上三種方法，分別用美國國家半導(dǎo)體的LM1875，LM3886，LM4766和飛利浦TDA1514做了測(cè)試。
首先是LM1875。LM1875最高電壓可達(dá)±30V，輸出電流可達(dá)3A最大輸出功率30W。無過流和溫度保護(hù)電路。在NS給出的Datasheet中，它并沒有推薦BTL應(yīng)用方法。應(yīng)用于圖1接法時(shí)，聲音有點(diǎn)飄的感覺。在圖3中當(dāng)拔掉音頻輸入端子，喇叭中有禿禿的聲音，證實(shí)它在自激。三種電路輸出功率可達(dá)80W左右。
然后以圖3方式，對(duì)LM3886和TDA1514做了一番比較。

TDA1514最大供應(yīng)電壓是?！?0V，當(dāng)正負(fù)電壓之差超過60V時(shí)，集成塊會(huì)很容易損壞。當(dāng)負(fù)載是8Ω時(shí)，最大電壓為±28V，推薦用±24V。LM3886最大供應(yīng)電壓是±42V，當(dāng)負(fù)載是8Ω時(shí)推薦用±35V，負(fù)載是4Ω時(shí)推薦用±28V。電源供應(yīng)電流最好不要小于5A。如果電流不夠，將會(huì)引起電壓波動(dòng)，不能真實(shí)反映BTL的輸出功率。測(cè)試時(shí)，信號(hào)源采用正弦波發(fā)生器，調(diào)整它的幅度直到出現(xiàn)削波失真為止。散熱片要足夠大以免出現(xiàn)溫度過流保護(hù)動(dòng)作。

TDA1514應(yīng)用于BTL方式時(shí)必須小心謹(jǐn)慎，否則容易自激。在每個(gè)放大器輸出端必須用一個(gè)1/4W、10Ω電阻與0.047pF電容串連到地。反饋電阻（一般是27kΩ到33kΩ）減小到20k見以減小增益。喇叭用8Ω的。TDA1514內(nèi)部有限流保護(hù)和最大功率限制電路，最大輸出電流大約3A。最大輸出功率50W。在接成BTL時(shí)，發(fā)現(xiàn)最大功率可達(dá)100W左右，限流電路開始動(dòng)作。輸出端在正弦波的峰頂時(shí)被關(guān)閉。過了峰頂后又打開，雖然不是很容易聽出來，但已嚴(yán)重影響了音質(zhì)。超過110w時(shí)功率限制電路工作，輸出端被徹底關(guān)掉。

LM3886有獨(dú)特的“SPIKE”保護(hù)電路，這使它在許多方面勝過飛利浦的TDA1514。LM3886并不是在輸出超額時(shí)就簡(jiǎn)單地關(guān)掉電路。SPIKE保護(hù)有一個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)間。LM3886也有固定的溫度檢測(cè)過流保護(hù)。最大輸出電流比TDA1514稍大。實(shí)際最大輸出功率60W。在接成BTL時(shí)，最大功率可達(dá)120W左右。二者音質(zhì)難分伯仲，只是當(dāng)LM3886應(yīng)用于高電壓時(shí)，其音質(zhì)在結(jié)實(shí)方面要?jiǎng)僖换I。

最后對(duì)LM4766接成圖3方式實(shí)驗(yàn)，電路輸出功率100W左右，其音質(zhì)干脆有力，動(dòng)態(tài)范圍極佳。另外，有條件的讀者可至NS的網(wǎng)站索要免費(fèi)樣品（free sample）。網(wǎng)址是：www.national.com。綜上所述，在使用BTL，電路提高輸出功率時(shí)，一定要根據(jù)系統(tǒng)電路選擇合適的電路形式，并且要深入了解所用集成塊的參數(shù)，才能設(shè)計(jì)出合適的應(yīng)用電路。