4.3.5隔离放大器与音频功率放大器

特殊运算放大器（六）

包括4.3.6和4.3.7节

隔离放大器

4.3.6节

当待测信号的电位达到了数百乃至数千伏的时候

无论是差分放大器还是电流检测放大器都是不行的

那么隔离放大器专门用于高压检测场合

如图所示隔离放大器的原理图非常形象的

把三角符号分割为左右两级

中间是隔断的

左边的前级电路是高压信号的输入端

作为主电路

电路总是需要供电

所以供电电压 VS1 和 GND1

它的电位很高，是高压供电

右边的后级电路呢是低压信号的输出端

也就是它是控制电压

第二部分也需要单独供电

因此 VS2 和 GND2

是隔离的低压供电

为避免主电路高压传递到控制电路

隔离放大器是没有反馈电阻的

它是利用

直接利用变压器或者线性光耦将信号传递到后级

固定低压比例

我们来看隔离放大器 ISO130

它是采用光耦隔离方案

通过说明书的截图我们可以估算出

ISO130 的放大倍数大概是8倍

峰峰值 200mV

峰峰值 1.6V

8倍放大

利用变压器和光耦来传递模拟信号其实很困难

即使我们精心计算呢

它的精度也和普通运放调理电路差很多

我们看到

这个图中呢正弦波和方波信号都不是很完美

但是呢通过隔离放大器却能够提供前后

少则数千伏多则上万伏的绝缘电压

可以绝缘

我们谈一谈隔离放大器的供电

很多初学者刚刚接触电气隔离的时候都会认为呢

我只要买了个几块钱的光耦

我就能很好的隔离电路了

实际上电气隔离远远不是光耦这么简单

真正隔离的难度还在于芯片的供电电源的隔离

除非我们使用电池供电

否则电气隔离的芯片前后级的电源最终还是来源于市电

用市电去做出的电源

那么 V1 所示的高压的主电路部分

这个主电路有个 1000V 的高压

那么 VCC1、GND1 它们有电气连接

所以它们电位也是差不多千伏这样的电位

蓝色部分全是千伏电位

那么 VM3 所示的电压探测点

这个地方是低压，与控制电路相连

它的供电电压就几伏

那么两套电源呢分别来自于变压器 TR1 和 TR2 的次级

它们的高压部分的电和低压部分的供电都是从这来的

那么显然这两个次级线圈之间呢会有数千伏的高压

那在我们这里就是一千伏高压

那么这两个线圈我在图中画的看似隔得很远

但实际上它们的变压器的初级是连在一起的，都是市电

这两个地方是连在一起的

所以实际上

对于每一个变压器的初级和次级之间都会有上千伏的

耐压问题

电气隔离的实质最终还是电源隔离

无论让我们用上多么高级的光耦

最终还要用到变压器

音频放大器

位于4.3.7节

我们网上有句名言

单反穷三代，音响毁一生

这说明呢

人作为世界主宰对于感官的享受（视和听）是无穷无尽的

我们本节内容前半段将科普音响中的功放电路原理

后半段呢将介绍普通集成音频放大器

音频放大器又称功放

功放这个词呢大家都不陌生

但知道功放分成前放和后放就不多了

我们的负载喇叭它阻抗非常低

标准喇叭只有 4Ω 和 8Ω 两种规格

如果没有输出阻抗非常小的放大电路

是没有办法驱动的

由于喇叭实在非常难以驱动

所以后级功放的目的就是获得极小的输出阻抗

那么实现这一目的的电路前面我们教过

是基于射随电路的甲类、乙类、甲乙类放大

还有基于开关电路原理的 D 类放大器

都可以充当后放来使用

那么高品质的后放呢都为甲类放大

它耗电非常大但它品质好

而 D 类放大器呢它省电

多用于电池供电的便携设备

那么喇叭除了发出声音我们还希望能调节音量大小

那么后放并不具备这一功能

这就需要前放来调节音量

音量调节其实就是电压幅值的调节

那么也就是电压放大电路

基于三级管共射放大原理的运放电路可以实现这一目的

修改反馈电阻 RF 我们就可以改变音量

那么用于前级的这样的高性能音频放大器

它的噪声和总谐波失真要非常小

所以呢才会有专门的音频功放

当然如果我们不追求音质

也有很多廉价的前放后放做在一起的集成功放芯片

如图所示呢是 TPA301 ，桥式推挽 BTL

它属于呢甲乙类

我们看到

为了避免耦合电容、避免双电源供电

引入了两个乙类放大电路构成的桥式推挽

图中呢这两个运放的输出级来构成了 BTL 电路

桥式推挽电路

在 BTL 电路原理中

上下两个推挽电路代表 TPA 运放的输出级

单电源供电

所以呢运放本身输出的电压不能是负的

那么将运放两个电压的信号错开180度

同路信号进来以后

一个不反相，另外一个反相

输给推挽电路

那么上下输出的信号都是单极性，没有负的

但是呢加载在，它们共同加载在喇叭上

这样它们信号就有正有负

而且呢幅值为单个运放输出的两倍

这就是 BTL 桥式推挽

用来实现单电源供电交流输出原理

TPA301 中运放构成反相比例运算电路

反馈电阻呢为 RF

因此呢前级的放大倍数呢是 -2RF/R1

这个两倍是因为它们俩输出反向

幅值叠加

本课小结

隔离放大器

隔离放大器的主电路和控制电路的电位

相差几百乃至几千伏

隔离放大器的供电

高压部分供电在这儿

低压部分的供电在这儿

它们最终来源于 220V 的市电

所以这个地方和这个地方都会有非常高的耐压

音频功放电路

两个运放

推挽输出

共同加载在负载上

那么取反

它们得到的信号

相位错180度

相减以后呢就可以得到双极性信号加载在喇叭上

这就是 BTL 乙类集成功放原理

这节课就到这里

特殊运算放大器（六）

包括4.3.6和4.3.7节

隔离放大器

4.3.6节

当待测信号的电位达到了数百乃至数千伏的时候

无论是差分放大器还是电流检测放大器都是不行的

那么隔离放大器专门用于高压检测场合

如图所示隔离放大器的原理图非常形象的

把三角符号分割为左右两级

中间是隔断的

左边的前级电路是高压信号的输入端

作为主电路

电路总是需要供电

所以供电电压 VS1 和 GND1

它的电位很高，是高压供电

右边的后级电路呢是低压信号的输出端

也就是它是控制电压

第二部分也需要单独供电

因此 VS2 和 GND2

是隔离的低压供电

为避免主电路高压传递到控制电路

隔离放大器是没有反馈电阻的

它是利用

直接利用变压器或者线性光耦将信号传递到后级

固定低压比例

我们来看隔离放大器 ISO130

它是采用光耦隔离方案

通过说明书的截图我们可以估算出

ISO130 的放大倍数大概是8倍

峰峰值 200mV

峰峰值 1.6V

8倍放大

利用变压器和光耦来传递模拟信号其实很困难

即使我们精心计算呢

它的精度也和普通运放调理电路差很多

我们看到

这个图中呢正弦波和方波信号都不是很完美

但是呢通过隔离放大器却能够提供前后

少则数千伏多则上万伏的绝缘电压

可以绝缘

我们谈一谈隔离放大器的供电

很多初学者刚刚接触电气隔离的时候都会认为呢

我只要买了个几块钱的光耦

我就能很好的隔离电路了

实际上电气隔离远远不是光耦这么简单

真正隔离的难度还在于芯片的供电电源的隔离

除非我们使用电池供电

否则电气隔离的芯片前后级的电源最终还是来源于市电

用市电去做出的电源

那么 V1 所示的高压的主电路部分

这个主电路有个 1000V 的高压

那么 VCC1、GND1 它们有电气连接

所以它们电位也是差不多千伏这样的电位

蓝色部分全是千伏电位

那么 VM3 所示的电压探测点

这个地方是低压，与控制电路相连

它的供电电压就几伏

那么两套电源呢分别来自于变压器 TR1 和 TR2 的次级

它们的高压部分的电和低压部分的供电都是从这来的

那么显然这两个次级线圈之间呢会有数千伏的高压

那在我们这里就是一千伏高压

那么这两个线圈我在图中画的看似隔得很远

但实际上它们的变压器的初级是连在一起的，都是市电

这两个地方是连在一起的

所以实际上

对于每一个变压器的初级和次级之间都会有上千伏的

耐压问题

电气隔离的实质最终还是电源隔离

无论让我们用上多么高级的光耦

最终还要用到变压器

音频放大器

位于4.3.7节

我们网上有句名言

单反穷三代，音响毁一生

这说明呢

人作为世界主宰对于感官的享受（视和听）是无穷无尽的

我们本节内容前半段将科普音响中的功放电路原理

后半段呢将介绍普通集成音频放大器

音频放大器又称功放

功放这个词呢大家都不陌生

但知道功放分成前放和后放就不多了

我们的负载喇叭它阻抗非常低

标准喇叭只有 4Ω 和 8Ω 两种规格

如果没有输出阻抗非常小的放大电路

是没有办法驱动的

由于喇叭实在非常难以驱动

所以后级功放的目的就是获得极小的输出阻抗

那么实现这一目的的电路前面我们教过

是基于射随电路的甲类、乙类、甲乙类放大

还有基于开关电路原理的 D 类放大器

都可以充当后放来使用

那么高品质的后放呢都为甲类放大

它耗电非常大但它品质好

而 D 类放大器呢它省电

多用于电池供电的便携设备

那么喇叭除了发出声音我们还希望能调节音量大小

那么后放并不具备这一功能

这就需要前放来调节音量

音量调节其实就是电压幅值的调节

那么也就是电压放大电路

基于三级管共射放大原理的运放电路可以实现这一目的

修改反馈电阻 RF 我们就可以改变音量

那么用于前级的这样的高性能音频放大器

它的噪声和总谐波失真要非常小

所以呢才会有专门的音频功放

当然如果我们不追求音质

也有很多廉价的前放后放做在一起的集成功放芯片

如图所示呢是 TPA301 ，桥式推挽 BTL

它属于呢甲乙类

我们看到

为了避免耦合电容、避免双电源供电

引入了两个乙类放大电路构成的桥式推挽

图中呢这两个运放的输出级来构成了 BTL 电路

桥式推挽电路

在 BTL 电路原理中

上下两个推挽电路代表 TPA 运放的输出级

单电源供电

所以呢运放本身输出的电压不能是负的

那么将运放两个电压的信号错开180度

同路信号进来以后

一个不反相，另外一个反相

输给推挽电路

那么上下输出的信号都是单极性，没有负的

但是呢加载在，它们共同加载在喇叭上

这样它们信号就有正有负

而且呢幅值为单个运放输出的两倍

这就是 BTL 桥式推挽

用来实现单电源供电交流输出原理

TPA301 中运放构成反相比例运算电路

反馈电阻呢为 RF

因此呢前级的放大倍数呢是 -2RF/R1

这个两倍是因为它们俩输出反向

幅值叠加

本课小结

隔离放大器

隔离放大器的主电路和控制电路的电位

相差几百乃至几千伏

隔离放大器的供电

高压部分供电在这儿

低压部分的供电在这儿

它们最终来源于 220V 的市电

所以这个地方和这个地方都会有非常高的耐压

音频功放电路

两个运放

推挽输出

共同加载在负载上

那么取反

它们得到的信号

相位错180度

相减以后呢就可以得到双极性信号加载在喇叭上

这就是 BTL 乙类集成功放原理

这节课就到这里