功放后级处理电路OTL.OCL.BTL

OCL，OTL，BTL，甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明清华大学张小斌（教授）一．OCL电路OCL（output capacitor less）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路而是最终的。

OTL（OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。

OTL在后面谈论。

之所以说OCL是“最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。

OCL电路的基本形式如下图所示：它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。

正是这个双电源的结构特点让电容下岗了。

Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2管发生作用。

于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。

但是，当信号的电压在-0.6V 到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出的交越失真。

面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。

这是个很有逻辑的想法。

见下面的电路：这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源——VCC 形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于两个二极管的压降之和。

这样T1和T2管就均处于微导通状态了。

这种结构稍显幼稚，我们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是I2远大于Ib），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。

为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构，复合管前面已经由gemfield讨论过了。

现在就该讨论OTL的情况了，电路如下图：很明显的是，和OCL相比，它的特点是输出端多了个电容，而且是单电源供电。

BTL功放电路的原理与应用实例2012年11月3日星期六集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。

由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。

产品有单通道和双通道、单功放、双功放及多功放等器件。

集成功放在实际应用中通常接成OCL电路，或OTL电路，接成BTL（Balanced Transformer Less，一说是Bridge Transformerless）电路却很少，而BTL电路的优点是电源利用率比前面两种电路高4倍。

本文从BTL电路的结构、原理出发，分析BTL电路输入、输出信号特点，最后介绍如何用集成功率放大器件构成BTL电路。

1.1BTL电路的组成及工作原理大家知道OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。

为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。

电路如图1所示。

在输入信号 U i正半周时，V1，V4导通，V2，V3截止，负载电流由V CC经V1，R L，V4流到虚地端。

如图1中的实线所示。

在输入信号Ui负半周时，V1，V4载止，V2，V3导通，负载电流由V CC经V2，R L，V3流到虚地端。

如图1中虚线所示。

可见：（1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为：U OM≈V CC最大输出功率为：（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在V CC，R L相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；（3）BTL电路的效率在理想情况下，仍近似为78.5%。

功率放大器的OTL及自举电路现代电影技术功率放大器的OTL及自举电路吉林省广播电视技术中心台刘国刚电影扩音机的功率器电路多采用0TI电路或OCL电路，而在OTL电路中经常加入与其相适应的自举电路.1,OTL电路的结构OTL电路是一种利用电容耦合而无输出变压器的甲乙类互补对称式推挽功率放大电路.它的电路特点是:采用单电源供电方式，输出端两只功放管的中点直流电位为电源电压的一半;输出端与负载之间采用大容量电容器耦合，负载（扬声器）一端接电容器的输出端，另一端接地•其电路如图1所示：图1OTL电路结构图在电路中，输出端通过一个大容量电容器C与负载电阻R连接,对交流信号可视为短路，省掉了输出变压器.同时，电容器乂将两功放管的中点直流电位与负载隔断.电路采用单电源E供电，为了消除交越失真，由D,D.（或其他方式）构成VT和VTz的基极偏置电路.虽然VT为NPN型管，而VT.为PNP型管，但由于两管的特性一致并对称，故静态时两管的集电极电流相等（即I 一Iz）.调整基极偏置电阻R和R.,可使A点电位（VT和VT.的发射极电位）为E/2,即中点电保养维护改造位.曲于扬声器的直流电阻很小，并且静态时无电流,其两端直流电位相同（地电位），所以，输出电容C两端的电压也为E/2.静态时，输入端无输入信号,VT, VT.有较小的正向偏置，导通电流较小，中点电位为E/2,输出电容C两端的电压也为E/2.输出电流无变化，所以无输出电压.当输入信号为正半周时,VT加正向信号电压而导通，对信号电流进行放大,VT. 因加反向信号电压而截止，111于输出电容C容量较大，对交流信号而言视为通路，其信号电流如图1中实线方向：+E-VT集电极一VT发射极一电容C—扬声器一地;扬声器两端得到放大的正半周信号.当输入信号为负半周时,VT加反向信号电压而截止,VT.加正向电压信号而导通，对信号进行放大，支持其导通的电源是输出电容器上的充电电压.其信号电流如图1中虚线方向：c正端一VT.发射极一VT.集电极一地一扬声器一c负端;扬声器两端得到放大的负半周信号.通过VT和VT.的交替推挽工作，使两只功放管输出的两个半波信号在负载上合成为一个完整的信号.输岀电容C在OTL电路中的作用主要有三个：一是为VT.管在输入信号的负半周时提供电源;二是为交流信号提供通路;三是隔断直流（防止因负载的直流电阻很小对中点电位影响）.2, OTL电路中的自举电路在OTL电路工作时，当输入信号的正半周使VT导通时，随着正半周信号的增大,VT 的基极电位上升，使A点电位上升.当A点电位接近电源一55—现代电影技术No. 12/2007ADVANCEDM0N 尸J 开ETECHNOLOGY电压Ec时,VT的基极电流受限而不能增加很多，造成激励不足，其至影响信号的正常放大.0TI电路中的自举电路就是解决输入信号正半周时的激励:不足问题.0TI电路中的自举电路如图2所示图20TI电路中的自举电路如图所示,在功放管的基极偏置电路中串入一个电阻R.,在R.与R的串联点上接入一个自举电容C,这样就构成了山C和R.组成自举电路.由于C的容量比较大, 静态时,C两端充有U电压，由于R阻值比R小,所以U接近Ec/2.当输入信号正半周时，大信号的输入会使A点电位上升，由于C和R的时间常数较大，电容C两端的电压基本恒定，即不随输入信号的增大而改变.也就址说，靠C上的充电电压U激励VT工作.山于c的自举作用，输入信号的正半周B点电位随之升高,保证了VT管有足够的激励电流使VT 充分导通.自举电路的思路就是使VT基极偏置中B点的电位能随A点电位升高而升高.由于OTL电路采用单电源供电，供电电压的大小受到一定制约,而且功放电路的负载电流乂很大，为保证足够大的输出功率，输出电容的容量选取的很大，一般都在儿千微法•但大电容通常具有电感效应，在高频时容易产生相移,在低频时乂影响放大（对低频信号的容抗大），而且大容量的电容不能采用集成电路制作•为解决这些问题,在大功率的电影扩音机中多采用无输出电容器的OCL电路.3,自举电路在OCL 电路中的应用电路中去掉了大电容后将两只功放管的发射极直接与输出端的负载（扬声器）相连•山于扬声器阻值较小，必然会对VT和VT和的工作状态以保养维护改造•为保证中点电位的准确，及中点电位A产生影响OCL电路通常采用双电源供电.用两组大小相等的正，负电源加在电路的两端，以两电源吊联的中点电位A点作为零电位点.负载（扬声器）直接接在中点A与地之间，即用+E和一E分别对VT （NPN型）管和VT. （PNP型）管供电.在没有信号输入时,VT 和VT的电压降都是E,因此中点A的直流电位是零，负载（扬声器）两端电位相同，没有电流流过.由于双电源供电的电压足够，通常情况下OCL电路中不需要自举电路，但有些电路为了提高功率输出，增加功率管的激励，也有加入自举电路的•例如，与井冈山牌2000型流动放映机配套的K2000型扩音机的功率放大电路就加入了自举电路.其功率放大电路如图3所示：输出图3K2000型扩音机的功翠放大电路功率放大级采用5只晶体管组成屮乙类OCL互补推挽电路.VT, VT. ,VT三管复合成型管作为推挽的上臂功放管;VT., VH复合成PNP型管作为推挽的下臂功放管.III于功放级采用38V的双电源对称供电，输出端与地的静态电位都为零电位. 输出端与负载（扬声器）之间直接相连，所以电路属0C［电路.（下转第62页）56现代电影技术No. 12/2007ADVANGIiiDM0TI0N 尸lCn ® ETEG/' WOLOGYAutodesk为好莱坞业界巨头EFILM提供数字调色配光服务............................. Autodesk和EF1LM达成专业服务协议.......... 中影首钢环球数码数字影院建设有限公司在京成立…电影科研所成功安装我国第一套JPEG2000数字影院编解码系统等消息5则...................电影器材技术分会举办首期影院放映技术骨干培训班................................... 现代多厅影院应用新技术讲座召开.............. 日本数字电影技术代表团来访中国电影科研所……电影器材技术分会一届理事会二次会议召开....... 第五届数字电影论坛召开在即重量级嘉宾座谈会先行论道................................... 来自《NAB2007》的信息.................... D0REMI的DCP — 2000服务器进行FIPS140—2第3级安全认证........................... AccessIT数字影院的主要进展................ 英国电影委员会制定扶持电影的基金计划........... 英国电影与电视艺术学院选用杜比数字影院播放系统..................................... 欧洲第一个商业数字影院虚拟拷贝费协议签署……BIRTV2007报道等8篇发行放映协会城市影院协会在京召开2007年度年中工作会议............ 电影制片厂希望3D电影的复兴能够重振电影行业…杜比3D数字影院技术 ........................... 英国组织讨论欧洲电影业数字化急待解决的问题……派拉蒙向装备杜比3D的数字影院提供3D影片 (559)55963652007年总111录Autodesk推出新版视觉效果与剪辑完成系统……焦作在全市推广农村数字电影.................. 以科学发展观统领电影技术工作记2007'全国电影科技工作会议暨电影专业委员会七届四次会议 ............ 亚洲博览会2007(CINEASIA2007)在澳门召开等7篇十一，其它《中国电影技术百年纪事》补正................... 武警部队影视工作管理信息化初探.............. 强化实践教学培养高技能的影视技术兵............ 从书看人从人看书戈永良与上影特技人 .................. 〃移动式多功能野战宣传文化箱〃的研制和应用……对武警部队文化装备管理机制的思考............... 军队影视发行放映管理系统及数据库设讣......... 加强电影放映企业在电影消费市场中的竞争力……此时无色胜有色影视坚持以人为本，积极稳妥地做好企业改制中的职工思想政治工作，促进企业健康快速发展....... 部队电影发行放映也要强化〃市场〃意识......... S olidEdge用于电影机械网络教学的尝试............2007影视学会优秀论文奖揭晓 ................. 注重细节精益求精哈影厂采取10项措施打造精品放映机...科普影院资源共享的思考与实践 (1043)11381231251期页160221356362441458595405636208619541021(上接第56页)为了便于选取参数较一致的大功率管,VT.和VT采用同型号NPN管,VT.和VT.. 采用同型号的P\P管.这样上,下两臂电路性能一致，形成两臂同相工作，为此，上臂必须采用一只管(VT)与其组合进行倒相，使上，下两臂反相工作.由于功放输出是射极跟随电路,R・・・R?为负反馈电阻，所以上下两臂各管的J3值应适当选择以获得对称工作.为保证偏置电压的精确和稳定，在电路中，一方面在两个复合管射极接人适当的电阻(R., R)作为负反馈,稳定直流工作点；另一方面还采用VT., w., R.组成具有放大调节功能的偏置电路，通过调整w.,改变R3与w.的比值，使功放级获得适当的静态偏置,并使功放工作在甲乙类状态，以减小功放电路输出级的交越失真.由于VT.集电极与发射极之问的交流阻抗非常小,VT.和VT.两基极成为交流同电位.即加到功率复合管的正，负半周信号幅度一致.R,, C组成了自举电路.利用大电容C两端电压不能突变，并借助于R的隔离作用，使功放管的基极电位升高，保证功放管在大信号输入时，能有足够的基极电流，使信号得到有效的放大.一62 —0卯弘?帕们0嚴?00?66778888888999。

TDA2030电路（OCL,OTL,BTL）一、用TDA2030A做成的OTL形式的功放OTL功放的形式:采用单电源，有输出耦合电容。

如图1所示电路中的R5 (150 kΩ)与R4 (4.7 kΩ)电阻决定放大器闭环增益，R4电阻越小增益越大，但增益太大也容易导致信号失真。

两个二极管接在电源与输出端之间，是防止扬声器感性负载反冲而影响音质。

C3(0.22 uF)电容与R6(1 Ω)的电阻是对感性负载(喇叭)进行相位补偿来消除自激，该电路采用36V单电源，输出功率约20 W。

二、用TDA2030A做成的OCL形式功放OCL功放的形式是采用双电源，无输出耦合电容，如图2所示，由于无输出耦合电容低频响应得到改善，属于高保真电路。

双电源采用初级线圈中间点接地、上下电压对称相等的变压器，经过整流滤波后构成±18 V的双电源，输出功率为20 W。

三、用TDA2030A做成的 BTL形式功放BTL的主要特点是:由两个相同的功放组成，输入信号互为反相。

实际采用放大器的同相输入与反相输入，以保证输入信号互为反相，同时还应使两输入信号的幅度相同，这样便可以满足BTL电路形式的基本要求。

电路图如图3所示，其中R7 (1 kΩ)与R8(33 Ω)电阻对信号分压后衰减的倍数与U1的放大倍数正好相同，衰减后的信号通过R5加在U2的反相输入端。

事实上是由两个运放完成了一路信号放大，实际测得输出电平高出用一个集成电路的1.5倍。

即原输出功率为20 W的运放，现输出功率约为50 W。

但由于BTL电路特点，选择集成电路时尽可能用参数一致的两个运算放大电路，调整输入信号幅度，可通过输入正弦波用示波器观察两输入信号的幅度，这时调整R7使两输入信号的幅度相同，以保证在提高功率的同时尽可能减小非线性对称性失真。

笔者曾见到与图3类似的电路，但其电路中没有R7, R8对信号分压后衰减的电阻，而U2的反相输入端R5(680 Ω)电阻仍接地。

电子管OTL功放原理及电路OTL是英文Output Transformer Less Amplifier的简称，是一种无输出变压器的功率放大器。

一． OTL电子管功放电路的特点普通电子管功率放大器的输出负载为动圈式扬声器，其阻抗非常低，仅为4～16Ω。

而一般功放电子管的内阻均比较高，在普通推挽功放中屏极至屏极的负载阻抗一般为5～10kΩ，故不能直接驱动低阻抗的扬声器，必须采用输出变压器来进行阻抗变换。

由于输出变压器是一种电感元件，通过变压器的信号频率不同，其电感线圈所呈现的阻抗也不同。

为了延伸低频响应，线圈的电感量应足够大，圈数也就越多，因此在每层之间的分布电容也相应增大，使高频扩展受到限制，此外还会造成非线性失真与相位失真。

为了消除这些不良影响，各种不同形式的电子管OTL无输出变压器功率放大器应运而生，许多适用于OTL功放的新型功率电子管在国外也不断被设计制造出来。

电子管OTL功率放大器的音质清澄透明，保真度高，频率响应宽阔，高频段与低频段的频率延伸范围一般可达10HZ～100kHz，而且其相位失真、非线性失真、瞬态响应等技术性能均有明显提高。

二电子管OTL功放电路的形式图1(a)～图1(f)是OTL无输出功放基本电路。

图1(a)和图1(b)为OTL功放两种供电结构的方式，即正负双电源式和单电源供电方式。

在正负双电源式OTL功放中，中心为地电位。

这样可保证推挽电路的对称性，因此可以省略输出电容，使功放的频率响应特性更佳。

单电源式OTL电路为了使两只推挽管具有相同的工作电压，必须使中心点的工作电压等于电源电压的一半。

同时，其输出电容C1的容量必须足够大，不影响输出阻抗与低频响应的要求。

图1(c)和图1(d)为OTL功放电子管栅极偏置的取法。

由于上边管阴极不接地，因此上边管的推动信号由栅极与阴极之间加入，而下边管的推动信号可由栅极与地之间加入。

至于其偏置方式，上边管可通过中心点对地分压后取出，而下边管的偏置电压必须另设专门的负压电源来供给。

otl电路原理OTL电路是一种无输出变压器型的功放电路，其英文全称为Output Transformerless Amplifier，即无输出变压器功放。

所谓无输出变压器，就是指电路输出不再使用传统的可调变压器进行耦合连接，而是经过相应的电路处理后直接将信号输出到扬声器。

OTL电路的优势在于音质清晰，动态范围大，失真低，输出电压大，且无需使用变压器，简化了电路结构，节省了制造成本。

同时，该功放电路对扬声器的要求较为严格，需要选择较低阻抗的扬声器。

以下是OTL电路的原理及实现方式。

一、原理OTL电路的基本原理就是通过减小输出端阻抗，增大输出电流，从而缓解扬声器内部电流压降问题，提高音质。

传统的功放电路输出变压器会产生一些失真，其原因就在于传输路径被改变了。

输出变压器具有电感性质，会使部分信号流失，同时也会捕捉到一些与音频信号不相关的噪声。

此外，在传输过程中，由于输出变压器导致信号原波形被扭曲，导致输出端失真，消耗了很多功率。

而OTL电路则是直接用晶体管管路的输出电流直接驱动扬声器，去掉了复杂的变压器匹配和调整过程，避免了传输过程中的损耗。

具有声音清晰，高能效，低失真的优点。

二、实现方式OTL电路的实现方式一般采用单端设计或者平衡式设计。

1. 单端OTL电路：单端OTL电路是指使用单个放大管进行放大的电路，一般使用三极管或者场效应管。

其输出信号直接连接到扬声器端口，无需中间传输。

因此，单端OTL电路可以实现最简单的电路结构，并且输出电流也非常大，达到了50mA以上。

但是，其性能也相应地收到了一定的限制，无法满足高功率放大的要求。

平衡式OTL电路又称为差模电流式电路。

该电路使用两个工作在差模方式下的输出管，可以实现更高精度的放大和更高功率的输出。

因此，平衡式OTL电路通常适用于对音质要求更高、需要更大输出功率的应用场合。

三、注意事项1. 由于OTL电路输出直接驱动扬声器，因此决定在设计OTL电路时必须要满足输出电路的电流需求，才能保证其不产生过大失真。

下面是[OCL电路图,OCL原理图]的电路图 1 OCL电路组成OCL电路称为无输出电容直接耦合的功放电路。

如图3－13所示。

图中VT1为NPN型晶体管，VT2为PNP型晶体管，当输入正弦信号ui 为正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置，于是VT1管导通，VT2管截止。

此时的ic1≈ie1流过负载RL。

当输入信号ui为负半周时，VT1管为反向偏置，VT2为正向偏置，VT1管截止，VT2管导通，此时有电流ic2通过负载RL。

由此可见，VT1、、1 OCL电路组成OCL电路称为无输出电容直接耦合的功放电路。

如图3－13所示。

图中VT1为NPN 型晶体管，VT2为PNP型晶体管，当输入正弦信号ui为正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置，于是VT1管导通，VT2管截止。

此时的ic1≈ie1流过负载RL。

当输入信号ui为负半周时，VT1管为反向偏置，VT2为正向偏置，VT1管截止，VT2管导通，此时有电流ic2通过负载RL。

由此可见，VT1、、VT2在输入信号的作用下交替导通，使负载上得到随输入信号变化的电流。

此外电路连成射极输出器的形式，因而放大器的输入电阻高，而输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题。

2 OCL电路分析计算图3－14表示OCL电路的工作情况。

ui正半周时，VT1导通，则在一周期内VT1导通时间约为半周期，VT2的工作情况和VT1相似，只是ui的负半周导通。

为了便于分析，将VT2的输出特性曲线倒置在VT1的输出特性曲线下方，并令二者在Q点，即uCE＝UCC 处重合，形成VT1和VT2的所谓合成曲线。

这时负载线通过UCC点形成一条斜线，其斜率为－1／RL。

显然，允许的ic的最大变化范围为2Icm，uce的变化范围为2（UCC－UCES）＝2Ucem＝2IcmRL。

如果忽略管子的饱和压降UCES，则Ucem＝IcmRL≈UCC。

科技资讯 SC I EN C E &TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N 工 程 技 术功率放大器是扩音机的后级,是高保真音响设备的关键的核心部分。

它的作用是对音频信号进行不失真的功率放大,以足够的电功率去推动扬声器。

随着电子应用技术的进步和各种元器件的变革,其电路结构形式已经发生了很大的变化,从传统的变压器耦合式推挽电路,发展为OTL、OCL、BTL以及全对称、全直流等多种形式。

目前使用较多的是OCL、BT L。

下面我就应用原理进行了一个简单的功率放大电路的设计。

1 BTL电路的基本结构和工作原理BTL功放电路又称桥式平衡功放电路。

实质上它是两个特性对称的OC L放大器的组合,其基本电路是用一组电源供电,把两个O C L放大器的功率输出管组成桥式接法,四只功率管分别是桥的四臂,静态时, OCL电路相互对称,因而电桥处于平衡状态,所以负载上无直流电流流动,从而可以不接输出电容而采用直接耦合。

动态时,输入信号由倒向电路分离,在同一时间内分别输出正负半周信号去推动这两组输出电路。

B T L的最大输出功率是OCL电路的四倍,当然理论数值实际上还要考虑到管子的饱和压降,发射极电阻的损耗等。

BTL电路的电流利用率高,可在低电源电压下得到较大的输出功率。

电路的输出中点。

即扬声器中心始终保持零电位,因而,电冲击比其他无变压器电路要小得多。

此外,由于电路的对称性,使的同相输入干扰能基本上互相抵消,把偶次谐波干扰也减到最小程度,电路的交流声和失真度极小。

但是工作时流过负载的电流是O T L电路的2倍,所以对电源的要求很高,要求电源的内阻rm要很小。

2 几种常见的BTL电路在BTL电路中,要求左右两路放大器的对称性要好,所以往往采用集成功放来完成。

(1)C-E分割倒相式BTL电路。

它利用V T1集电极与发射极输出信号反相的特点完成B T L电路的倒相作用。

这时,E极输出阻抗小而C极输出阻抗大,应而,这种倒相电路的一致性较差。