流行大功率IC放大器的比较及应用朱军摘自《无线电与电视》2009年第8期中国音响DIY论坛JXEPPFYB手打贡献摘要:一．6片IC简介本文将为大家介绍现在流行的6款IC音频功率放大器，分别是美国国半公司的LM1875、LM4766、LM3886（LM4780）以及ST意法公司的TDA9293和TDA7294，它们的标称输出功率在30～100W范围内，适用于家用高保真音频功率放大器。
采用这几款IC的功放具有元件少、调试简单的特点，功率、音质与一般的分立元件功放相比毫不逊色，因此一直受到广大DIY 发烧友，特别是初学者的喜爱。
JeffRowland的基于LM3886、TDA7293的功放跻身世界优秀功放之林，更证明了功率IC本身性能之优异。
关键词:音频功率放大器功率IC TDA7294 TDA7293 应用 LM1875 LM4766 LM3886一、6片IC简介本文将为大家介绍现在流行的6款IC音频大功率放大器，分别是美国国半公司的LM1875、LM4766、LM386（LM4780）以及ST意法公司的TDA7293、TDA7294，它们的标称功率在30～100W范围内，适合于家用高保真音频放大器。
采用这几款IC的功放具有元件少，高度简单的特点，功率、音质与一般分立元件功放相比毫不逊色，因此一直受到DIY发烧友，特别是初学者的喜爱。
JeffRowland的基于LM3886、TDA7293的功放跻身世界优秀功放之林，更证明了功率IC本身性能之优异。
虽然JeffRowland证明了功率IC可以好声，而且这些IC家喻户晓，使用者众多，但“IC音质不如分立元件”的观念却依然根深蒂固的扎根于广大DIY发烧友的头脑里。
很多人对这些芯片的认识来自未能发挥芯片的制作，造成对这些芯片的误解。
本文将从产品数据手册入手，多角度，深入地挖掘产品数据手册中包含的丰富信息，揭开数据背后隐藏的秘密，以求给大家一个全面的认识。
1、LM1875LM1875是美国国家半导体公司20世纪90年代初推出的一款音频功放IC，如图1所示。
它采用TO-220封装，外围元件少，性能优异，直到现在还一直被广泛应用于音响上。
LM1875价格低廉，最适合于不想花太多钱又想过发烧瘾的爱好者业余制作，其音质也一直广受好评。
LM1875体积小巧，且功率可达30W，内部也有过载、过热及感性负载反峰电压保护。
2、LM4766LM4766是国半公司推出的双声道大功率放大集成电路，每个声道在8欧姆负载上可以输出40W平均功率，而且失真小于0.1%，如图2所示。
在国半公司的产品系列中，LM4766被归入“序曲”（Over ture）系列，属于最高端的单片双声道大功率放大集成电路。
它内含NS公司研制的SPIKc保护电路，对输出级晶体管的安全工作区（SOA）进行动态检测与保护，全面实现过压、欠压、过载、输出短路（包括短路到地与短路到电源）、热失控和瞬时温度冲击等保护功能，无须外接各种保护电路。
3.LM3886LM3886是单声道、高性能音频功放IC，如图3所示。
它是美国国家半导体公司的“序曲”音频功放系列功率最大的型号，连续输出功率可达68W，内含自行研制的SPIKc保护电路，无须外接各种保护电路。
4、LM4780LM4780技能参数与LM3886完全一样，应该就是LM3886的双软声道版本，它内含是两个LM 3886，如图4所示。
5、TDA7294TDA7294、TDA7293是ST公司两款DMOS大功率音频放大集成电路，它有效宽范围的工作电压，（Ucc+Uee）=80V，还有较高的输出功率（高达100W的音频输出功率），并且具有静音、待机、过热、短路保护功能，以及很小的噪声与失真，如图5所示。
6、TDA7293TDA7293支持多片并联运行，并具有削峰和输出短路指示，如图6所示。
二、参数对照与深入分析：很多人都知道这些参数，如果仅仅停留在这一层面上，相信是不够的。
其实产品数据手册中包含了大量的重要信息，因为厂商要通过产品数据手册来指导用户使用产品，这些信息对于我们用好这些芯片是非常有用的，但厂商为了吸引客户，一定会尽可能将产品最光鲜的一面给大家看，同时尽可能隐藏器件的弱点，造成一些重要信息常常被我们所忽视或误读。
厂商常用的忽悠手段有：1使用非常规的测试条件；2把最好的数据放在最显眼的位置。
因此，作为对策，解读产品数据手册的一个基本原则是：我们不仅要看数据，更要看这些数据是怎么来的（即测试条件是什么），不然往往被数据所欺骗。
另外一个原则是：数据手册的数据都是器件的极限，实际表现往往相去甚远。
下面我们对这几款芯片的主要数据做一个深入的分析。
需要说明的是，本文所有数据均源自厂商的产品数据手册。
1、输出功率从表1可以看到，TDA7294的最大输出功率可达100W，远远大于LM3886的68W。
实际上TDA7294的100W是毫无意义，它是在失真THD=10%时的输出功率，而LM3886的68W是在失真加噪声THD+N=0.1%时候的功率。
事实上TDA7294在THD=0.1%时的功率与LM3886相差无几。
这就ST在测试条件上玩的一个花招。
如果你设计一个需要输出100W可用功率的功放，那么粗心选用一片TDA7294必然会导致失败。
表2详细地反映了各无芯片的实际输出功率与失真率、电压及负载的关系。
从表中可以看出，TDA7293/TDA7294在同样的电压下，输出功率略大于LM3886，这是由于TDA7293/TDA7294输出级采用了自举电路的原因。
不过，自举电路的代价是使听感变差，如果去掉自举电容，音质会明显改善，但最大输出功率将小于LM3886，这是因为DMOS的开启电压较高的原因。
受散热与输出电流的限制，号称100W的TDA7293/TDA7294推4欧姆音箱的推荐工作电压仅为±29V与±27V，与LM3886的±28V相比没有优势。
虽然在推8欧姆音箱的时候TDA7293与LM3886拉开了距离，工作电压可达±40V，输出功率明显胜出，但根据分析，限制最大输出的关键是封装，封装类似的芯片的最大输出功率其实都差不多，详见后文的散热部分。
从表中还可以看出LM4766不适合驱动4欧姆的音箱（未给出数据），这是由于芯片的最大输出电流仅为4A（见表1），低于推荐的±26V工作电压驱动4欧姆负载所需的电流。
LM4766要驱动4欧姆的音箱只能降低工作电压（考虑管压降的话应该不超过±18V）。
几年前曾经有人用LM4766制作的40W功放，号称能推好丹拿（4欧姆音箱），不少人信以为真。
如果我们仔细研究过数据手册，熟悉产品特性的话，就不会上当受骗了。
同样，LM1875受输出电流的限制，推荐电压下4欧姆负载的最大功率小得可怜，仅同8欧姆一样。
它与LM4766一样都不适合用来推低阻抗音箱。
一定要推低阻抗音箱的话，应该采用并联方式。
LM4766和LM1875的输出电流较小的另一个原因是受封装限制，最大功耗较低，必须把电流限制在较小的水平上。
综上所述，用LM1875和LM4766做的BTL电路，不并联的话，供电电压没心要超过±18V，而且只能推8欧姆的音箱。
而THD=10%时，输出信号已经严重削峰，这时的功率对高保真来说毫无意义。
1、失真率在产品数据手册的开头部分，往往会给一个很漂亮的失真率数据，比如表1里面LM3886的0.004%，TDA7294的0.005%。
我们千万不要被这些漂亮的数据所欺骗，要知道这是某个频率、某个功率下的失真，是该芯片的极限，除些之外所有条件下失真率都将超过这个数字，而且多半是超过一个数量级以上的。
数据手册后面的失真率曲线才是我们应该关注的。
失真率曲线比较复杂，与多种因素相关，如功率、频率、负载阻抗等。
通常产品数据手册至少会给出1kHz频率下失真率与输出功率的关系曲线。
图7～图11是产品数据手册里给出的THD失真率曲线的一部分。
LM1875总共有两张图，LM 4766有4张，LM3866最详细，有12张（这里只列出开头两张），TDA7293有两张，TDA729 4有4张（这里只列出开头两张）。
在读这些图时要注意以下几点：（1）、THD与THD+N是不同的，THD+N是包含了噪声的，所以THD+N总是偏大，含金量更高一些。
（2）测试时加不加滤波器对测试结果有明显影响，加了滤波器限制带宽以后，失真率会减小，带宽越小，失真率也越小，参考价值也越小。
图中标注NoFilters就是没有限制信号带宽，标注BW<80kHz，说明测试仪器限制信号带宽是80kHz，即功放的20 kHz的4次以上，16kHz的5次以上等谐波都没有计算进去，失真率自然就小一些。
不标明测试带宽的图，一定要用怀疑的眼光去看，宁可信其有，不可信其无。
从这些图中我们可以得到以下信息。
（1）这些芯片中，大功率下失真最小的是LM3886，50W功率下20kHz失真率不到十万分之二多点，相比之下，TDA7293虽然在300Hz左右时最低失真率与L M3886一样都是十万分之二多点，但随后失真率上升比LM3886快，到20kHz时已经是万分之五，数倍于LM3886。
（2）TDA7293/TDA7294的高频（比如20kHz）失真率从3W左右开始就随功率增大而增大，说明高频的谐波增加速度大于基频的增加速度，这真是让人失望。
而LM3886的20 kHz失真率走到30W以上才开始增加。
（3）从数据手册上看，LM4766的内部电路与LM3886可谓大同小异，失真特性也几乎一模一样。
LM1875的内部电路大不一样，失真特性也大不一样。
LM1875的失真率数值虽然比L M4766、LM3886都大，但在100Hz～10kHz这段人耳最敏感的区间内几乎是不变的。
而LM4 766、LM3886的失真率从300Hz最低点开始就直线上升，到20kHz时已经增大了8倍左右。
很多人都说LM1875是最好听的功率IC，原因可能就在于此。
（4）常用的聆听功率在1～10W之间，这个范围办LM3886、TDA7293、TDA7294的失真率看起来都差不多，LM3886只是略小一点，但在LM3866的数据是THD+N，这里包含了噪声。
由于越是小功率的时候噪声的影响越大，因此实际的失真率还是LM3886明显低于TDA72 93和TDA7294。
3、压摆率与功率带宽压摆率在英文里这Slew Rate，简称SR。
压摆率也称转换速率。
其单位是V/us，它反映的是放大器对信号变化速度的反应能力，信号幅度越大，信号频率越高，要求放大器的SR也越大，如图12所示。
三者之间的关系为Imax=SR/(2PAI*Um)，其中Um是最大输出电压。
