正确使用好功放IC

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正确使用好功放IC
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。图①、图②是采用TDA7294功放IC设计的单、双声道50W通用功率放大电路，其中的MUTE输入控制端悬空时功放IC关断输出。将MUTE输入端与中点地连通后，功放IC进入工作。人们可以在MUTE输入端到中点地之间接入一只开关来控制功率放大器处于工作或静音状态中。具体使用时，完全可以直接用TDA7296、TDA7295代换TDA7294。图③～图⑥分别是对应的单声道与立体声双声道50W通用功率放大电路的印刷电路图和PCB排板铜箔图，可供人们参照仿制。经实际测试：这两个功率放大器本身的静态输出背景噪声电压不大于0.25mV，在4Ω负载上输出1W功率时的信噪比已大于78dB，因此在4Ω负载上满功率输出50W功率时的信噪比将高达95dB。有了性能良好大功放IC，人们自己制作高水平的Hi－Fi音响系统和自己制作高水平的多声道家庭影院音响系统，就不再成为困难之事。