音频功放IC的特点与应用

laogui69 · 发表于 2005-4-1

音频功放IC的特点与应用
在大功率音响设备的电路和结构设计中，音频功放是最令人头痛的设计课题。这是因为功放管工作在高压、大电流、大负载、和高温恶劣条件下，稍不注意就会烧坏价格昂贵的功放管、扬声器和其它元件。使整个设备处于瘫痪状态。最理想的方案是把保护电路也做在功放IC的同一块芯片上，使它与功放管感受同一温度并直接进行相应的控制，这样既可减少外接元件、简化电路，又可提高IC的可靠性和耐用度，实乃“一石数鸟之举。。

一、主要性能

      LM3886是单声道、中功率高性能音频功放IC，它采用1l脚TO一229封装并具有输入静音功能，适台小型有源音箱、环绕声放大器和高保真立体声电视机等用作功放。其主要性能如下：
1、连续平均输出功率 60W/4Ω(Vcc一= 28V)；
30W/8ΩfKVcc= = 28V)：
50W/8Ω(Vcc= i 35V)；
2、瞬时最大输出功率：l50W
3、失真度（THD+噪声) 0.03%(20Hz~ 2okHz)
4．互调失真(按SMPTE 标准)：0.004%
5、噪声电平：2.0uV
6、信噪比：>92dB

二、SPIKe保护

      LM3886的最大特点是自身保护功能齐全，无需外接各种保护电路，它内含NS公司研制的SPIKe(自身瞬时温度)保护电路，对输出级晶体管的安全工作区(SOA)进行动态检删和保护，从而全面实现过压、欠压、过载、输出短路包括短路到地和短路到电源)、热失控和瞬时温度冲击等保护功能。图1是LM3886内部的等效电路。
音频功放IC的特点与应用

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1、温度限制
      无论是输出端短路到地、短路到电源或因音频频谱范围内的瞬时脉冲而使输出功率达到极限值，IC内部的SPIKe保护电路都能连续监测输出驱动管安全工作区的动态。当输出管温度达到250C时，该电路根据当时的工作状态相应地减小输出驱动管的基极电流，使输出管保持在安全工作区范围之内。
2、过压保护
      为了防止放大器在无输入信号瞬间功放管因超过最大额定电源电压而被击穿，通常需要在放大器输出端与正、负电源线之间分别连接一只价格昂贵的齐纳二极管或快速恢复的肖特基二极管，但LM3886的过压保护机理与此不同。如图1所示，一旦过压保护电路检测到输出过压就立即关断输出驱动管，使输出管不致被过压击穿。然后，它继续监测输出端，当过压结束时又使输出驱动管恢复导通，这样就保护输出管和具有标称额定阻抗的扬声器不致因过压而损坏。
      此外，LM3886内部还具有图2所示的电源箝压电路。当输出信号正半周出现过压时，齐纳二扳管、二极管与RE组成的箝压电路将Vcc箝定到8V。如图2a所示负半周出现过压时则由IC固有的寄生二极管将一Vee箝定到0.8V，如图2b所示

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3、通断电源时的扬声器保护
      在接通或断电源瞬间，放大器的正常偏置尚未建立起来．各级处于从不稳定向稳定过渡的状态，输出级可能向扬声器输出较高的直流电压，使扬声器发出“扑扑”声，甚至烧坏扬声器音圈。由于放大器在这种过渡阶段是处于欠压状态，故LM3886用欠压保护电路来实现通断电源时的扬声器保护。
      在图1中，接在Vcc端的两个电流源和接在Vee端的五个电流源分别组成正、负电源的欠压保护电路，它们在Vc信号的控制下进行导通或截止。在正电源线与负电源线之间的总电压差尚未超过14V和负电源线的电压尚未低于-9V之前，Vc控制信号使全部电流源均处于截止状态。此时输出级处于高阻输出状态，放大器输出端的直流电压保持为0V。如果接通电源后正、负电源电压同时升高，则在负电源尚未达到-9V或正、负电源电压之差尚未达到18V之前，各电流源均处于欠压保护的截止状态。由于欠压保护的-9V 闽值电压是以地电位作参考的，因而可防止电源可能出现的尖峰脉冲电压使相应的14V欠压保护电路提前导通。
      必须注意,当输出端处于高阻状态时，放大器输入端与输出端之间的隔离程度要视外接元件与电路板铜箔线条的相互影响而定。
4.电流限制
      为了保护输出管不致因输出短路到地而损坏，LM3886内部的限流电路将短路电流限制到7A(1V = fV I一20V，导通时间Ton=10ms，输出电压Vo=0V) 如图l所示，该电路检测输出驱动管的发射极电流，当检测的电流增大到一定程度时，它就开始减小输出驱动管的基极电流。放大器的输出电流愈大，输出驱动管基极电流就愈小，从而把输出管的最大电流限制到7A。
      当输出端与正、负电源线短路时，则两个限流电路分别起同样的限流作用。但这种保护的持续时间不得超过几秒钟，否则IC的长期可靠性得不到保证。
5.过热保护
      放大器的热失控是由于互补晶体管的特性不一致或高温下因VBE既补偿不足而使输出管的功耗和热量过度增大所致;如果散热器使用不当，则放大器在长时间驱动中产生的热量不能很好散发.IC芯片的温度会迅速升高。当芯片温度上升到165C上限值时，LM3886内部的过热保护电路将输出管关断，使输出端接地。此时扬声器的音乐会突然中断，直到芯片温度下降到155c时输出级才导通并再次恢复正常工作。

laogui69 · 发表于 2005-4-3

三、应用电路

      图3是LM3886用作单电源音频功放的典型电路。R是音量控制器，RA为LM3886的同相输入端提供偏压，CA是偏压滤波电容器，C是输出耦合电容器。并联在两个输入端的Cc减小放大器的高频增益，以免输出管出现振荡,同时抑制输入的电磁干扰噪声。
      RI1、Rf2、CI和Ri—C1 组成反馈回路,放大器的低频响应和高通转折额率fcl取决于Ri-Ci．fc1— 1/2πRICiRf2、Cf、Rfl和Ri决定高额增益和低通转折频率fc2。fc2= [Rfl•Rf2(s+1／Rf2•Cf)]／[(Rf1+Rf2)×{IS1+1／cf(Rf1+Rf2)]},cf是补偿元件，它与Rfl、Rf2共同起减小高频增益的作用。
      RM、CM与开关S1组成静音控制电路当Sl断开时,LM3886停止输出．即静音起作用。接通Sl时静音解除，RM将8脚输出电流限制到0.5mA。CM为静音通、断提供较大的时间常数。
RM≤ (VEE一2．6V)/I8,其中8脚电流I8≥0.5mA。
      R5N-C5N防止放大器产生高频振荡,其低通转折频率fc3为fc3— 1/2πR5N •Csn
      如果负载呈容性(如扬声器电缆较长)，则放大器在高频下会过载．并使方坡响应出振铃。为避免此现象，在输出端串入L、R组成的并联电路此时L呈现较大感抗。10Ω电阻R将放大器与容性负载隔离开来并降低L与容性负载所构成谐振回路的Q 值。低频下则l0Ω电阻被L短路，放大器通过感抗很小的L直接驱动负载。图3电路在21V电源电压下可为4Ω负载提供40W 输出功率，电源峰值电流为4.5A。

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ostia · 发表于 2005-4-10

分享，谢谢楼主，好文章，收藏了啊

kontakt · 发表于 2005-4-19

呵呵

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