集成音頻功放IC應用于BTL方法探討與實驗

BTL(Bridge-Tied-load)意為橋接式負載。負載的兩端分別接在兩個放大器的輸出端。其中一個放大器的輸出是另外一個放大器的鏡像輸出，也就是說加在負載兩端的信號僅在相位上相差180°。負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電壓，因此BTL結構常應用于低電壓系統或電池供電系統中。在汽車音響中當每聲道功率超過10w時，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一個放大器放大的信號都是完整的信號，只是兩個放大器的輸出信號反相而已。用集成功放塊構成一個BTL放大器需要一個雙聲道或兩個單聲道的功放塊。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、下面藉助于制作實驗，對各種接法逐一介紹。實驗中用到的功放集成塊有LM1875，LM3886，TDA1514，LM4766。由于個人比較偏好于LM4766的音色，且其他IC的應用雜志上也多有介紹。因此以LM4766的BTL應用為例。

圖1所示是LM4766的第一種BTL應用接法。輸入信號從LM4766放大器B的同相輸入端輸入，R6，R4，C2是其負反饋網絡。放大器A的反相輸入端信號經過R9從放大器B的輸出端引入。并被R9，R1，C1分壓。同時R1，C1，R3鵬又是放大器A的負反饋網絡。假設C6端輸入信號為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的輸入是經過分壓的，分壓系數為 R1／（ R9＋R1），在電路中一般取R9=R6，R4＝R1。因此分壓系數為1／PB，放大器A的反相輸入信號亦為 V，其增益為-（R4＋R6）／R4，R3一般等于R6，所以A的增益為-PB*V。在負載上得到的輸出為此兩信號的迭加，即2PB*V。但是在此種形式的應用中存在著影響音效的環(huán)節(jié)。首先是R9必須嚴格等于R6，否則這一誤差將會被A的放大系數所放大，使A和B的輸出信號幅度相差很多。其二由于A的負反饋中C1的存在，A的輸出在相位上并不會完全與B的輸出相差180°。這是HI-FI玩家最忌諱的事。在實際制作與聆聽中也發(fā)現，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，還是無輸入信號或輸入信號的信號源內阻很大，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)定簡單是此電路的特點。

圖2所示是LM4766的第二種BTL應用接法。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，可取適當的值使二者增益相等。由于A、B放大器的輸入信號在相位上是絕對相等的，經過放大后相位即使有延遲，但只要延遲的相位相等，迭加后也不會存在相位混亂的問題。此電路的適應性很不理想。因為它對輸入信號源的要求很高。信號源必須在電路上電前加入，而且內阻要足夠小。在不接入信號源時，A作為跟隨器將會輸出一直流電壓損壞喇叭。當信號源內阻太大時，A的放大系數會變小。此種接法適用于在電路中加有低輸出電阻的前級的電路系統中。

圖3所示是LM4766的第三種BTL應用接法。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，應此在A11的輸出中是不含直流分量的，所以A27可采用直流負反饋，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。同時由于NE5532的輸出內阻是相當小的，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，使電路的復雜程度有所提高。

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

TDA1514最大供應電壓是?！?0V，當正負電壓之差超過60V時，集成塊會很容易損壞。當負載是8Ω時，最大電壓為±28V，推薦用±24V。LM3886最大供應電壓是±42V，當負載是8Ω時推薦用±35V，負載是4Ω時推薦用±28V。電源供應電流最好不要小于5A。如果電流不夠，將會引起電壓波動，不能真實反映BTL的輸出功率。測試時，信號源采用正弦波發(fā)生器，調整它的幅度直到出現削波失真為止。散熱片要足夠大以免出現溫度過流保護動作。

TDA1514應用于BTL方式時必須小心謹慎，否則容易自激。在每個放大器輸出端必須用一個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內部有限流保護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，發(fā)現最大功率可達100W左右，限流電路開始動作。輸出端在正弦波的峰頂時被關閉。過了峰頂后又打開，雖然不是很容易聽出來，但已嚴重影響了音質。超過110w時功率限制電路工作，輸出端被徹底關掉。

LM3886有獨特的“SPIKE”保護電路，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就簡單地關掉電路。SPIKE保護有一個轉換區(qū)間。LM3886也有固定的溫度檢測過流保護。最大輸出電流比TDA1514稍大。實際最大輸出功率60W。在接成BTL時，最大功率可達120W左右。二者音質難分伯仲，只是當LM3886應用于高電壓時，其音質在結實方面要勝一籌。

最后對LM4766接成圖3方式實驗，電路輸出功率100W左右，其音質干脆有力，動態(tài)范圍極佳。另外，有條件的讀者可至NS的網站索要免費樣品（free sample）。網址是：www.national.com。綜上所述，在使用BTL，電路提高輸出功率時，一定要根據系統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，才能設計出合適的應用電路。