消除熱遲滯和偏置調整的音頻放大電路設計方法

本文介紹了采用安森美ThermalTrak器件消除高保真度大功率音頻放大器中的熱遲滯和偏置調整的新設計方法。

對于設計高保真音頻放大器而言，一直以來(lái)存在的挑戰是保持輸出偏置，同時(shí)在放大器的整個(gè)工作溫度范圍內將熱穩定性保持在A(yíng)B輸出部分內。為了充分地監控并調節每個(gè)輸出器件產(chǎn)生的熱量，設計工程師在靠近輸出器件的散熱器上放置一個(gè)偏置晶體管(或多個(gè)晶體管) 。這種設計方法的缺點(diǎn)是在達到熱穩定之前不可避免會(huì )有延遲，在某些情況下，這種預熱時(shí)間會(huì )長(cháng)達30分鐘。另外，放大器設計需要使用輕微欠偏置輸出器件來(lái)進(jìn)一步調整，避免熱散失。雖然這些可行的設計技術(shù)能完成設計任務(wù)，但是會(huì )犧牲真正的高保真度性能。

圖1：標準單通道音頻放大器方案。

消除大功率音頻放大器中的熱遲滯和偏置調整需要更精確的偏置控制，而挑戰就在此處。圖1所示的高性能放大器電路是目前業(yè)內使用的標準設計。該設計已經(jīng)修改，以提高低阻抗負載中的性能并保持穩定。

實(shí)際的偏置電路由一個(gè)位于驅動(dòng)器(TO-220)之間散熱器上的小信號晶體管組成，這種設計的偏置穩定性要求偏置設置在避免產(chǎn)生熱散失且不低于產(chǎn)生交越失真(crossover distortion)的點(diǎn)上。偏置晶體管上的實(shí)際壓降被設置在發(fā)射極和集電極之間的3.2伏。不僅如此，當放大器驅動(dòng)到低阻抗負載時(shí)，會(huì )發(fā)生少量熱散失，這是由散熱器中少量的熱遲滯引起的。為了改善放大器的小信號失真，需要稍微增大偏置。

由于輸出器件的發(fā)射極電阻最小(0.1Ω) ，使得在生產(chǎn)環(huán)境中難以處理，因為偏置稍大就產(chǎn)生一個(gè)熱“炸彈”。目前業(yè)界實(shí)現了很多種電路用于減小這種熱效應，但都會(huì )增加系統成本。

新的設計方法(圖2)可用于消除熱遲滯，并提高放大器性能和可靠性，而且不增加元件數量。新方法通過(guò)將偏置二極管集成到輸出晶體管中，可以更加精確地監控實(shí)際的裸片工作溫度?，F在只要實(shí)時(shí)地對任何變化進(jìn)行補償，就可以立即控制偏置。因為偏置電流可以迅速地進(jìn)行調整，因此無(wú)需擔心因為散熱器造成的熱散失或熱遲滯。這種修改對電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以在沒(méi)有偏置調節電位器的條件下實(shí)現，這也減少了生產(chǎn)步驟并確保達到靜態(tài)偏置點(diǎn)。

在這個(gè)修改后的電路設計中去除了無(wú)源元件和有源偏置晶體管，由集成到輸出晶體管內的二極管代替，這樣的結果是穩定的偏置電流和非常精確的靜態(tài)電流可以瞬間調節至負載和信號電平。較低輸出電壓處的失真也大大降低，放大器的噪聲基準也因過(guò)零電壓處沒(méi)有震蕩而得到改善。

圖2：?jiǎn)瓮ǖ酪纛l放大器ThermalTrak方案。