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发表于 2009-1-13
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音频运放发展史
80 年代以前，输出功率仅几瓦的声频功率放大器都要采用分立元件来制作。进入80年代后，国内开始研制生产出一些小功率的功放IC，但由于这些功放IC的性能指标不佳，尤其是可靠性比较差，很快就被国外生产的功放IC所取代。日本生产的HA1392、TA7240曾经是80年代用得非常普遍的功放IC。 HA1392与TA7240的输出功率都只有4W ~ 6W。HA1392的工作频率上限较低，电源极性接反就即刻损坏。TA7240的外围电路设计难度较大，静音控制易受外界干扰而产生误动作。意法SGS公司在80年代初开发生产的TDA2030A算是比较好的一款功放IC，它的输出功率能够达到12W以上。尽管SGS公司在TDA2030A基础上又研制出 TDA2040、TDA2050功放IC，使输出功率能够达到24W，但由于它们的电源适用范围只有±22V，如果使用未经稳压的整流滤波直流电供电，它们实际上都只能给4Ω负载输出12W功率。美国NS公司在80年代开发生产的LM1875功放IC，比SGS公司生产的TDA2030A功放IC输出功率高出一倍，原因就在于它的电源适用范围可以达到±30V。如果使用稳压直流电供电，TDA2030A与LM1875实际上都能在±18V供电条件下给4Ω 负载输出24W正弦波有效功率。而且提高供电电压，除了使LM1875在更低的输出功率下发生功耗过载保护动作外，并不能增大输出功率。作为早期开发的功放器件，TDA2030A与LM1875都没有静音控制功能，对电源纹波的抑制能力也不够强。荷兰菲利普公司在意法SGS公司推出TDA2030A之后不久，也开发生产出一款性能指标类同的TDA1521Q双功放IC。该款功放IC的电源适用范围也是±22V，能够同时给两个4Ω负载分别输出12W功率。由于TDA1521Q已把决定放大倍率的负反馈电路做在IC内部，使用上相对比较简便。此后，菏兰菲利普公司又推出一款型号为TDA1514A的高性能功放IC，产品介绍资料上称它能够输出40W的功率。但是，实际的使用实验证明：在使用稳压直流电源供电的情况下，TDA1514A能够可靠工作的电源电压只到±18V，给4Ω负载输出的正弦波有效功率为24W。如果将电源电压提高到±20V以上电压，TDA1514A将出现过载保护动作，而且所进行的过载保护动作表现为半波截止输出。这样，人们只能把TDA1514A的工作电压设计为与LM1875相同的工作电压。
在90 年代以前，电子器件生产厂商提供的功放IC输出功率实际都在30W以下。在经过10多年的努力后，美国NS公司和意法SGS公司都在90年代期间相继开发生产出多款输出功率超过30W的功放IC芯片。其中，LM3876、LM3886是美国NS公司的代表作，TDA7294、TDA7295、 TDA7296是意法SGS公司的代表作。这些功放IC芯片都具有很小的安装体积和多项安全保护功能，使用上很可靠。但同时也正因为功放IC芯片需要有很可靠的过热、过流、过压、过功耗等多项安全保护功能，生产厂家在设计IC芯片的内部保护电路时，可能会因为所采取的检测方式过于敏感或欠成熟，出现一些不够良好的问题。生产厂家没有在其产品介绍说明中将这些缺陷写出来，固然有可能是不希望自己的产品销售受到影响，但更多的原因是他们自己也未必发现了这些缺陷，而需要用户在使用过程中将发现的问题反馈给生产厂家，他们再去改进开发新的器件。譬如，美国NS公司的音响工程师曾给我推荐使用他们生产的功放IC，其中有一款型号为LM4701（样品型号为LM4700），该款功放IC据说是替代LM1875的器件，它具有静音控制功能，输出功率比LM1875高。但实际的使用证明：LM4701在推动4Ω负载时能够正常工作，不出现误保护动作的电源电压不可以超过±20V，最大输出功率只有20W。如果电源电压超过±20V，譬如为±22V时，输出功率不但不会增大，100Hz以下低声频段能够正常输出的功率会降低到只有10W。虽然在±26V稳压电源供电下， LM4701可以给8Ω负载输出25W功率，但因其电源实用范围只有±32V，在使用非稳压直流电源供电情况下，LM4701可以给8Ω负载输出的功率还达不到20W。又譬如，意法SGS公司生产的TDA7264双功放IC，产品介绍资料中标明它的最高工作电压为±25V，最大输出电流为4A，比 TDA2030A的性能指标（最高工作电压为±22V，最大输出电流为3.5A）要高。但实际的使用证明：TDA7264在推动4Ω负载时，能够可靠工作，不出现误保护作的电源电压不可以超过±15V，相应的输出功率只有2×12W。此外，TDA7264工作时器件上的发热温度（测试点放在IC金属片上）应保持在70℃以下。否则， TDA7264的内部过热保护电路会因为IC在较高的发热温度下工作产生累积效应，在连续工作30分钟后出现“软保护”而使其能够输出的功率降低到正常值的1/4以下。本来，理想的过热保护功能应该是在功放IC的发热温度达到最高允许值时关断输出，待其温度冷却至比最高允许值低若干度时重新恢复输出。 TDA7264工作之后，发热温度在短时间内达到110℃也没有出现过热保护，工作情况良好，人们会因此误认为TDA7264具有很好的温度特性而降低对它的散热要求。美国NS公司在80年代生产的LM1875功放IC虽然没有静音功能，但其内部设计的过热保护功能已接近理想要求，因此直到如今还继续被音响生产厂大量选用。但是美国NS公司在90年代生产的LM3875、LM3886大功率功放IC，在过热保护功能方面的表现却很令人失望！尤其是采用陶瓷绝缘封装的功放IC，因其导热状况不佳，LM3875在推动4Ω负载时，连10W以上的正弦波额定功率都不能连续输出。就是改成8Ω负载，陶瓷绝缘封装的 LM3875能够正常输出30W正弦波额定功率的时间也仅能维持几秒钟就开始出现杂波。同样，陶瓷绝缘封装的LM3876，在推动4Ω负载时能够正常输出 40W正弦波额定功率的时间也只能维持几秒钟就开始出现杂波。必须使用金属片导热的封装器件，并保持功放IC金属片上的发热温度不超过85℃， LM3875（或LM3876）、LM3886才能分别给4Ω负载正常的长期输出30W与50W正弦波额定功率。因此，人们在使用LM3875、 LM3886等功放IC器件时，一定要给它们配上足够大的散热器。同时，用于给功放IC金属片绝缘的导热片厚度应尽可能薄，不要超过0.3mm，这样才能确保功放IC与散热器之间的温差只有几度。
意法SGS公司在80年代生产的TDA2030A功放IC，在过热保护方面的表现比美国NS公司生产的LM1875略差，它的特点就是当功放IC金属片上的发热温度超过105℃时输出信号波形上将出现杂波。而LM1875功放IC在发热温度低于最高允许值时，输出信号波形始终保持正常。只有当IC金属片上的发热温度达到115℃后，LM1875功放IC才关断输出。TDA2030A功放IC金属片上的发热温度也是要达到115℃后才关断输出，所以它有一个不稳定工作的温度段，好在这个温度段已经是很高的温度，对使用没有明显的影响。令人感到欣慰的是，意法SGS公司在90年代推出的TDA7296、TDA7295、TDA7294几款实际输出功率都能达到50W的功放IC，在过热保护方面的表现已经做得非常良好。它们在功放IC的发热温度低于最高允许值时，输出信号波形都始终保持正常良好。必须在功放IC金属片上的发热温度达到115℃之后，它们才关断输出。相对于其它大功率放大IC来说，意法SGS公司生产的TDA7296、TDA7295、TDA7294确实是其中的佼佼者。 |
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