详解BTL功率放大器电路

BTL 是英文Balanced Transformerless 的简写，意为平衡式无输出变压器。BTL功率放大器是一种桥接式推挽电路。

BTL功率放大器基础知识

1.电路结构及工作原理

图2-63所示是BTL功率放大器的电路结构示意图。这种功率放大器由两组功率放大器构成，扬声器BL1接在两组功率放大器的输出端之间。同时，要给两个功率放大器输入大小相等、相位相反的 信号。

图2-63 BTL 功率放大器的电路结构示意图

这一电路的基本工作原理是：在输入信号Ui为正半周期间，输入信号-Ui为负半周，输入信号Ui经放大器1放大后从其输出端输出，这一输出信号在输出端为正半周信号。与此同时，输入信号-Ui经放大器2放大后从其输出端输出，这一输出信号为负半周信号。这样，流过扬声器BL1的电流方向为从上而下。

当输入信号变化了半周后，输入信号Ui为负半周，-Ui为正半周，这时两个输入信号经过各自的放大器放大后，放大器2输出端输出的是正半周信号，而放大器1输出端输出的是负半周信号，这时信号电流是从下而上地流过扬声器BL1，在BL1中得到了一个完整的信号。

2.电路特点

BTL功率放大器与其他功率放大器相比，主要有下列一些特点。

(1)与OTL电路相比，在相同直流工作电压+V和扬声器阻抗相等时，输出功率是OTL电路的4倍。由此可知，BTL功率放大器的输出功率大，在较低直流工作电压下也能获得较大的输出功率，所以可以用于一些低压供电的机器中作为功率放大器。

(2)功放输出级所用元器件比OTL输出级多一倍，即两组OTL(或两组OCL)电路才能组成一组BTL电路。

(3)输出端无耦合电容，而且扬声器不接地，即所谓的负载浮地，这对修理不利，扬声器很容易烧坏，这一点与OCL电路相同。通常，在扬声器回路中串一只熔断器对扬声器进行过电流保护，但是这种保护的效果不佳，所以有的设有专门的扬声器保护电路。

(4)BTL输出级实际上由两组OTL电路组成，这样就需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。电路中需要有分负载放大器，也有些BTL电路采用自倒相方式，即利用一组OTL电路的输出信号经衰减送到另一组OTL电路的反相输入端。

电路分析小结

关于BTL功率放大器的电路分析小结主要说明以下几点。

(1)流过扬声器的信号电流是从一组电路输出端流出，流入另一组电路的输出端，当输入信号变化了半周之后，扬声器中的信号电流方向相反。

(2)分析BTL功率放大器时，主要分析输入端的信号源电路，即产生大小相等、相位相反两个信号的电路。分析分负载放大器时，主要了解集电极电阻等于发射极电阻，集电极电流约等于发射极电流。

(3)扬声器不接地，并不是说扬声器某一端与地之间没有直流电压，只是扬声器两根引脚之间没有直流电压，所以没有直流电流流过扬声器。修理中，切不可将扬声器的某一根引脚直接接地，否则会有很大的直流电流流过扬声器，烧坏扬声器。当BTL输出级出现故障时，两组电路输出的直流电压不相等，将有很大的直流电流流过扬声器，扬声器也会被烧坏。

分立元器件BTL功率放大器工作原理分析与理解

图2-64所示是分立元器件BTL功率放大器原理电路。电路中，VT1构成分负载放大级(也是推动级放大器)，VT2～VT5构成输出级放大器。

1.分负载放大级分析

电路中，VT1构成的放大器有两个输出端，能从集电极和发射极输出两个信号，这种电路称为分负载放大器。

分负载放大器直流电路的工作原理是：电阻R1构成VT1固定式偏置电路，R2是VT1集电极负载电阻，R3是VT1发射极电阻，电路中R3=R4。

图2-64 分立元器件BTL 功率放大器原理电路

分负载放大器交流电路的工作原理是：Ui为输入信号，经C1耦合加到VT1基极，经过VT1放大后分别从发射极和集电极输出两个信号。

电路设计时，令R2=R3，而三极管的集电极电流基本等于发射极电流，又因为三极管集电极信号电压相位与基极信号电压相位相反，而发射极信号电压相位与基极信号电压相位是同相关系，所以集电极输出信号电压的相位与发射极输出信号电压的相位相反。这样，通过VT1将输入信号变成了两个大小相等、相位相反的输出信号。

2.功放输出级分析

BTL功率放大器输出级中共有4只三极管，比OTL或OCL电路多一倍，这是BTL功率放大器的一个特点。

输出级的直流电路工作原理是：VT2～VT5应有很小的直流偏置电流(图中没有画出这一偏置电路)，使之工作在甲乙类状态，以克服交越失真。

VT2和VT3构成一组互补放大器，其中VT2是NPN型三极管，VT3是PNP型，直流工作电压+V对VT2和VT3串联供电，这与OTL功率放大器电路一样，实际上VT2和VT3输出级放大器便相当于一组OTL输出级电路。

VT4和VT5构成另一组互补放大器，两只三极管串联供电，相当于另一组OTL输出级电路。这样，这一输出级相当于有两组OTL放大器。

电路中，A点是VT2和VT3互补放大器的输出端，静态时其直流工作电压等于直流工作电压+V的一半。B点是VT4和VT5这组放大器的输出端，其直流工作电压也等于+V的一半。这样，电路中A点与B点之间无直流电位差，这样不必在扬声器回路中设置隔直电容，所以扬声器BL1在静态时无电流流过。

输出级交流电路的工作原理是：在输入信号Ui为正半周期间，VT1集电极输出信号为负半周，加到VT2和VT3基极后，使VT2截止而使VT3进入导通和放大状态。同时，VT1发射极输出信号为正半周，加到VT4和VT5基极上，使VT5截止、VT4进入导通和放大状态。这样VT3和VT4同时导通、放大，有信号电流流过扬声器BL1，其信号电流回路是：+V→VT4集电极→VT4发射极→BL1→VT3发射极→VT3集电极→地端。此时，BL1中流有VT3和VT4两管的输出信号电流，这两只三极管的信号电流方向相同，所以是相加的关系，为从右向左地流过BL1。

在输入信号Ui为负半周期间，集电极输出信号为正半周，加到VT2和VT3基极上后，使VT3截止，而VT2进入导通和放大状态。同时，VT1发射极输出信号为负半周，加到VT4和VT5基极上，使VT4截止，VT5进入导通和放大状态。这样VT2和VT5同时导通、放大，有信号电流流过扬声器BL1，这时的信号电流回路是：+V→VT2集电极→V T 2发射极→BL1→VT5发射极→VT5集电极→地端。此时，BL1中流有VT2和VT5两管的输出信号电流，两只三极管信号电流方向相同，所以是相加关系，为从左向右流过BL1。

由上述分析可知，在输入信号Ui正、负半周内，流过BL1的电流方向不同，这样可以在BL1中得到一个完整的信号。

集成电路BTL功率放大器工作原理分析与理解

图2-65所示是单声道BTL音频功率放大器电路。电路中，集成电路A1内电路中具有两组OTL音频功率放大器集成电路(因为采用单电源供电)，还加入特殊的信号衰减电路(用于获得两个大小相等、相位相反的激励信号)，Ui是输入信号，BL1是扬声器。

图2-65 单声道BTL 音频功率放大器电路

1.引脚作用

集成电路A1的各引脚作用如表2-5所示。

表2-5 集成电路A1 各引脚作用

续表

2.引脚外电路分析

集成电路A1内电路中含有两组功率放大器，其中①、②、③、④、⑤和⑥脚是一组电路的引脚，⑧、⑨、、和 脚是另一组电路的引脚，这一集成电路引脚外电路与前面介绍的OTL、OCL集成电路基本一样，只是有个别引脚的外电路有所不同。

⑨脚是一组功率放大器的反相输入引脚，通常它是交流负反馈引脚，但在这里则作为BTL电路的一个反相输入引脚。从集成电路A1的⑥脚输出的信号，从⑨脚输入到A1的另一组功率放大器，而且为反相输入引脚，这样在⑨脚内电路经过足够的衰减后便能得到大小相等、相位相反的激励信号。⑨脚内电路中的信号衰减电路是这种BTL集成电路的特有电路，这一点与OTL、OCL集成电路不同。

脚是集成电路A1内电路中一级放大器的旁路引脚，用来在外电路中接入容量较大的旁路电容C1。

BTL音频功率放大器集成电路虽然内电路中有两组功率放大器，但是在集成电路外电路中只能见到一根交流负反馈引脚④脚，在识图时要注意，这也是BTL集成电路的特殊情况。

扬声器BL1通过熔断器FU1接在集成电路A1两个信号输出引脚⑥、⑧脚之间。

由于这种BTL功率放大器集成电路采用单电源供电，如同OTL功率放大器集成电路一样，所以集成电路A1的两个信号引脚⑥、⑧脚上的直流工作电压相等，且等于电源引脚⑩脚上直流工作电压的一半。正是由于A1的两个信号引脚⑥、⑧脚上的直流工作电压相等，扬声器BL1才能直接接入电路，才没有直流电流流过扬声器BL1。

3.交流电路分析

输入信号Ui经耦合电容C2从集成电路A1③脚送入内电路的一组功率放大器中，经放大后信号从信号输出引脚⑥脚输出。这一信号一路直接送到扬声器BL1，另一路经过耦合电容C8，从另一组功率放大器反相输入端⑨脚送入，经⑨脚内电路中衰减电路衰减后，输入A1内部的另一组功率放大器中，经放大后从集成电路⑧脚输出。

通过上述电路的信号处理，集成电路A1内部的两组功率放大器都有了信号。由于⑥脚与③脚同相位，而输入端⑨脚是反相输入端，这样集成电路A1的两个输出引脚⑥脚和⑧脚的信号相位相反。

正半周信号从集成电路A1的一组功率放大器的信号输出引脚⑥脚输出，经扬声器BL1和熔断器FU1流入集成电路A1的⑧脚;负半周信号从集成电路A1另一组功率放大器信号输出引脚⑧脚流出，经FU1和BL1从⑥脚流入内电路。

电路分析小结

(1)在扬声器BL1回路中接入了熔断器FU1，它用作扬声器BL1的过电流保护元件，但这种保护电路的效果不好。

(2)C9和C10分别接在集成电路A1的两组功率放大器信号输出引脚⑥脚、⑧脚与地之间，这是“茹贝尔”电路的简化形式，即只接入电容，不接入电阻，其电路功能同“茹贝尔”电路一样。

(3)电容C8将集成电路A1的⑥脚输出信号从另一组功率放大器的反相输入引脚⑨脚输入，由于这一输出信号经过了功率放大，所以幅度已经很大，为此要在集成电路A1的⑨脚内电路中设置一个信号衰减电路，信号经衰减后才能加到另一组功率放大器的输入端。