基于音频放大器的模拟分压器解析

　　有时需要将单个电源分成两个或多个不一定相等的部分。来自干电池或汽车蓄电池的 6、12、15、24、36 或 48 V 电源就是这种情况。尽管存在精确的专用分压器 （VS），但它们可能并不容易获得或对项目而言过于昂贵。有时，设计用作 VS 的 IC 无法提供来自 VS 的所需电流或功率。

　　幸运的是，对于许多需要 VS 的应用，我们可以使用低成本的功率音频放大器 （PAA），例如 LM386、LM380、LM384、TBA820M、TDA2002、TDA2003、TDA2030、TDA2040、TDA2050、LM1875 和许多更多地拆分电源。对于测试台和实验系统的 VS 尤其如此。

　　我们可以围绕 PAA 构建简单、低成本和非开关 VS，用于电子设备的电源。上面列出的功率音频放大器以及更多的功率放大器是为许多项目大量采购的。这使得它们的使用和更换价格低廉且负担得起。

　　此外，许多制造商多年来一直在生产 PAA。它们是众所周知的，内部电路已发布，并且可以很容易地进行测试。在损坏的情况下，这些 IC 可以很容易地更换。

　　本文介绍了几个围绕 PAA 构建的分压器。这不是 PAA 的典型应用。它们通常针对音频范围内的操作进行优化，主要针对电阻或电感负载。

　　本文中的每个电路都是可操作的，但有一些特殊性，因此在决定是否适用于目标设备之前，应对电路进行评估。所提出的电路很简单，不需要复杂的重新设计或调整即可正常工作。

　　三种类型的分压器

　　一般来说，有三种类型的 VS。这三种类型的框图如图 1 所示。

 

 

　　图 1：三种主要 VS 的一般框图。a） 具有两个输出的分压器；b） 具有四个输出的分压器；c） 具有三个虚拟接地的分压器

　　图 1a显示了最常见的 VS 版本。+Vin和GNDin之间的输入电压分为两部分，不一定相等。这些部件可以在一定程度上固定或调整。通常，输入和输出电压之间存在一些最小差异，这取决于 VS。

　　两个输出电压介于 +V1 和 GNDout 之间以及 -V2 和 GNDout 之间。在这种类型的 VS 中，输入和输出电压之间没有隔离，并且输入地 GNDin 和输出地 GNDout（有时称为虚拟地）之间没有直接连接。

　　图 1b显示了第二种 VS 的框图。+Vin和GNDin之间的输入电压分为四部分，不一定相等。这些部件可以在一定程度上固定或调整。在这种情况下，输入地 GNDin 和输出地 GNDout 之间存在直接连接。该应用可称为多输出线性稳压器。

　　但是应该小心，因为在 VS 的情况下，每个输出 V1、V2 和 V3 都可以通过推挽级而不是由单个输出缓冲器驱动。这不是线性稳压器的情况，通常我们在每个输出端都有一个晶体管（输出不是推挽级）。

　　图 1c显示了 VS 的第三个版本。+Vin和GNDin之间的输入电压分为四部分，不一定相等。事实上，该应用具有三个分压器，每个分压器将其输入电压分成两部分。每个输出地——GND1、GND2 和 GND3——由 VS 用推挽级驱动。

　　我们应该注意VS的输出电压的测量。在这种情况下，V1 和 -V2 测量到 GND1，V3 和 -V4 测量到 GND2，V5 和 -V6 测量到 GND3。

　　在这里，我们将主要使用基于图 1a 中的块电路的 VS，很少使用基于图 1b 的 VS。

　　基于音频放大器的模拟分压器的优势

　　现代工业提供了种类繁多的开关 DC/DC 转换器，它们可以用作一种 VS。但这些设备可能并不总是长期可用，可能无法负担，并且会产生大量电磁噪声或具有其他缺点。

　　使用功率音频放大器，音频运算放大器（AOA）和类似的IC和音频模块作为VS有很多优点：

　　许多制造商多年来一直在生产 PAA。

　　它们可从许多分销商处获得。

　　它们广为人知且价格低廉。

　　PAA 易于测试，并且在需要时更换也很容易。

　　PAA 在音频范围内和该范围外具有低噪声。

　　它们不会产生大量输出噪声、无线电波或电磁干扰 （EMI）。

　　许多 PAA 具有内部热保护、过流保护，有时还具有无功负载保护和过压保护。

　　如果需要，许多 PAA 可以很容易地安装在额外的散热器上。

　　仅作为说明，在我们考虑基于放大器的 VS 之前，我们将研究几个基于二极管和晶体管的有用 VS。

　　基于二极管和齐纳二极管

　　的分压器 我们可能需要来自两个或多个低压电源的几毫安电流或来自普通直流电源的参考电压。此外，电路的电源管理可能不需要非常严格。在其中一些情况下，我们可以使用基于二极管、齐纳二极管和并联稳压器的 VS。

　　现代工业提供多种齐纳二极管，其功耗在 0.3 到 1.3 W 之间，参考电压容差为 ±2% 或更好。这些齐纳二极管可用于实现某种 VS。我们在图 2中展示了三个示例。

 

 

　　图 2：带有二极管和齐纳二极管的分压器。a） 带二极管的分压器；b） 带齐纳二极管的分压器；c） 带有两个并联稳压器的分压器 （TL431）。

　　图 2a显示了带有二极管的简单 VS。我们可以串联任何适当数量的二极管或发光二极管 （LED），它们将用作并联或并联稳压器。在这种情况下，我们有两个二极管 D1 和 D2 产生正输出电压 +V1，一个二极管产生负输出电压 -V3。输出地 GNDout 可以在二极管之间的任何点。

　　图 2b显示了一个带有齐纳二极管的简单 VS。我们可以串联任何适当数量的齐纳二极管，它们将用作并联或并联稳压器。在这种情况下，我们有两个二极管 D1 和 D2 产生正输出电压 +V1 和 +V2，两个二极管产生负输出电压 -V3 和 -V4。输出接地 GNDout 可以位于齐纳二极管之间的任何点。在这种情况下，GNDout 介于 D2 和 D3 之间。齐纳二极管可以来自相同或不同类型。

　　我们可以使用并联稳压器作为 TL431，而不是二极管和齐纳二极管。该解决方案的优点是我们可以通过选择电阻器或微调电位器或其他元件来调整输出电压。

　　图 2c显示了一个带有 TL431 可调并联稳压器的简单 VS。在这种情况下，我们有两个 TL431 或 LM341 产生正输出电压 +V1 和负输出电压 -V3。电压V1用微调电位器P1调节，负输出电压-V3用P2调节。

　　我们可以串联任意适当数量的并联稳压器，如图 2a 和 2b 所示。事实上，这些稳压器可以被认为是可调齐纳二极管。

　　基于双极结晶体管 （BJT）

　　的分压器 图 2 中的 VS 没有推挽输出级，并且在无负载的情况下会浪费大量功率。我们可以使用基于 BJT 的 VS 来避免这个缺点。当我们需要高输出电压、大电流、大功率，或者我们不需要对输出电压进行很好的调节时，它们特别好。

　　作为示例，我们将在下面简要讨论几个简单的应用程序。这些电路具有推挽输出级和输出电压的简单调节。它们类似于用作直流放大器的晶体管音频放大器的电路。

　　图 3显示了两个晶体管周围的简单 VS 的两个示例。

 

 

　　图 3：带有晶体管的简单分压器。

　　图 3a使用晶体管 T1 和 T2 来缓冲来自电阻器 R1 至 R4 和二极管 D1 和 D2 周围的分压器的电压。二极管D1和D2用于温度补偿；它们不是强制性的。如果使用，D1 应与 T1 热接触，D2 应与 T2 热接触。如果不使用 D1 和 D2，则应相应增加 R2 和 R3。

　　电阻器 R5、R6 和 R7 提供简单的本地反馈，稍微改善和保护电路。R5 比 R6 和 R7 大得多。电路中元件的值的计算类似于射极跟随器电路中的元件。

　　图 3b使用三个晶体管和更有效的负反馈调节输出电压。电阻器 R1 和微调电位器 P1 提供稳定输出电压的负反馈。输出电压 +V1 和 -V2 由 P1、R1 和 R2 设置。D1 和 D2 用于温度补偿。电阻器 R4 和 R5 提供本地负反馈和对输出晶体管 T2 和 T3 的一些保护。

　　有时我们需要对 VS 产生的输出电压进行调整和更有效的调节。在这种情况下，我们可以使用带有晶体管的经典差分放大器来解决这些问题。图 4显示了一个围绕五个晶体管 T1 到 T5 构建的 VS。

 

 

　　图 4：基于带晶体管的差分放大器的分压器。

　　T1 和 T2 作为差分放大器工作。T3是输出晶体管T4和T5的放大器和驱动器。电阻器 R6 提供稳定输出电压的负反馈。R7* 和 C2* 不是强制性的。C1 是必须的，因为它提供了电路的频率补偿。

　　输出电压 +V1 和 -V2 由 R1、R2 和 P1 设置。二极管 D1、D2 和 D3 用于输出晶体管的偏置和温度补偿。微调电位器 P2 用于调整输出晶体管的静态电流，例如，根据负载从 1 到 10 mA。电阻器 R4 和 R5 提供本地负反馈和对输出晶体管 T4 和 T5 的一些保护。

　　带有运算放大器和 BJT

　　的分压器 如果负载发生变化或不对称，图 3 和图 4 中的 VS 可能不会给出好的结果。为了解决这个问题，有时我们可以使用基于单个运算放大器（例如 TL071、OPA134、NE5534/A 或 LM741）的 VS 以及附加的互补 BJT，例如 PN2222A+PN2907A、BD135+BD136 等。图 5 显示了一个示例这样的VS。

 

 

　　图 5：带有运算放大器和 BJT 的简单分压器。

　　输出电压通过 P1 调节。VS 用作直流放大器，增益 Av 等于 Av = 1+ R4/R5。如果不需要，可以省略 R5，增益将是统一的，或者电路将用作跟随器和电流缓冲器。

　　VS 的输出电流限制在 50 到 200n mA，具体取决于晶体管 T1 和 T2 以及 OA 的输出能力。只有当我们需要对 OA 进行外部频率补偿时，才使用电容器 C4*。大多数 PAA 包括图 5 中的所有内容，以构建可调节和不可调节的 VS。