功率放大器的阻抗匹配及防護(hù)措施

對(duì)于主要作用是向負(fù)載提供功率的放大電路通常稱為功率放大電路，其主要特點(diǎn)如下：一是輸出功率是指交變電壓和交變電流的乘積，即交流功率；二是交流功率是在輸入為正弦波、輸出波形基本不失真時(shí)定義的；三是輸出功率大，因而消耗在電路內(nèi)的能量和電源提供的能量也大；四是晶體管常常工作在極限應(yīng)用狀態(tài)，由此要考慮必要的散熱措施和過(guò)電流、過(guò)電壓的保護(hù)措施。下面就功率放大器的阻抗匹配及防護(hù)措施作以扼要介紹。

一、功率放大器的阻抗匹配

在所有電子音像設(shè)備中，都有一個(gè)功率輸出的最佳方案問(wèn)題，即為了獲得最大的功率輸出而又不增加電路的投資經(jīng)費(fèi)，這就是功率放大器與揚(yáng)聲器系統(tǒng)的最佳組合。

功率放大器組合的目的是為了達(dá)到最小的設(shè)備投資而獲得最大的功率輸出，以圖1互補(bǔ)型功率放大電路為例：和為功放朱級(jí)，工作于低偏置甲乙類(lèi)互補(bǔ)狀態(tài)。它的輸出功率近似于乙類(lèi)狀態(tài)。

為了達(dá)到最大輸出功率，所以負(fù)載的大小應(yīng)該使功率管的電流輸出和電壓輸出的乘積最大，這時(shí)的狀態(tài)稱為功率匹配狀態(tài)。在音響設(shè)備的揚(yáng)聲器系統(tǒng)中音響的輸出阻抗應(yīng)為揚(yáng)聲器組合狀態(tài)的總阻抗，這樣音響的輸出功率才是標(biāo)明的額定標(biāo)準(zhǔn)功率，否則音響的輸出功率就達(dá)不到要求。

例如：音響標(biāo)準(zhǔn)接頭上標(biāo)明是4Ω、100W，那么該接頭上的阻抗就是兩個(gè)8Q揚(yáng)聲器的并聯(lián)，每個(gè)揚(yáng)聲器可得到50W，這樣綜合揚(yáng)聲器系統(tǒng)，就是4Ω、100W，否則不能實(shí)現(xiàn)100w的功率輸出。

二、功率放大器的防護(hù)

功率管是功率放大電路中最容易受到損壞的器件，損壞的大部分原因是由于管子的實(shí)際耗散功率超過(guò)了額定數(shù)值。另外，若功率放大器與揚(yáng)聲器失配或揚(yáng)聲器使用中長(zhǎng)期過(guò)載，也極易損壞揚(yáng)聲器(或音箱)，因此，在音響設(shè)備中，防護(hù)的目的是保護(hù)昂貴的功放和揚(yáng)聲器，所以對(duì)電源、功放、音箱的過(guò)載和短路保護(hù)是完全必要的。

1．電源保護(hù)：圖2是分立元件穩(wěn)壓電路，電路中Ri的是過(guò)載電流取樣電阻，當(dāng)其電壓大于0.7V時(shí)，V13導(dǎo)通，集電極電位下降，調(diào)整管V11斷開(kāi)，限制電源輸出電流。
圖3是可調(diào)輸出電壓模塊，功耗達(dá)70W，電流可達(dá)10A，電壓調(diào)整率為20.8％，輸出電壓為1.25～15V，且有短路保護(hù)。
當(dāng)使用開(kāi)關(guān)電源時(shí)(例如芯片CWl225)，則有專門(mén)的保護(hù)控制端第⑩腳，只要輸入過(guò)電流或過(guò)電壓信號(hào)，即可達(dá)到保護(hù)目的。

2．功放級(jí)晶體管保護(hù)：功率放大晶體管除在使用中必須注意環(huán)境溫度及選用合適的散熱器外，主要是考慮過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題，目前應(yīng)用的集成電路都設(shè)有限流保護(hù)和熱切斷保護(hù)功能(如HAl350、HA2211、LM2879等)，所以在自制功放時(shí)須注意過(guò)壓保護(hù)，如圖4所示。依靠R內(nèi)(電源內(nèi)阻)和Vl、V2的擊穿，使過(guò)電壓不能升高而保護(hù)Vl、V2。
3．音箱揚(yáng)聲器系統(tǒng)保護(hù)：音響系統(tǒng)的保護(hù)有兩種意義：一種是音響揚(yáng)聲器的過(guò)載；另一種不是音頻功率的過(guò)大、而是直流電位的偏移，導(dǎo)致無(wú)電容隔離的OCL或BTL電路揚(yáng)聲器燒毀。過(guò)載時(shí)，功放電路已經(jīng)有保護(hù)無(wú)須另外考慮，這里僅介紹直流偏移組合音響保護(hù)電路。

圖5為組合音響保護(hù)電路。從圖中可以看出，當(dāng)左、右聲道送入音箱的聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)R1、R2被電容C2、C3旁路而無(wú)直流偏移時(shí)，整流橋無(wú)直流輸出，V11截止，V12、V13導(dǎo)通，繼電器K吸合，左、右聲頻信號(hào)經(jīng)保險(xiǎn)絲F輸出；當(dāng)存在直流偏移時(shí)，整流橋輸出使V11導(dǎo)通，V12、V13截止，繼電器K釋放切斷了音頻信號(hào)，保護(hù)音箱。
電路中C2、C3是濾波電容，C4具有開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)延時(shí)接通音箱功能，避免開(kāi)機(jī)時(shí)的沖擊噪聲，V則具有短路K的斷電反電動(dòng)勢(shì)作用，保護(hù)V12、V13晶體管。