主功率放大器保护电路，了解一下

保护电路通过电路控制手段对电路中某个元器件或组件进行保护，以防止电路出现异常时这些元器件或部件被损坏。保护电路是电路中常用的一种电路。

保护电路的种类很多，但是保护电路的基本工作原理是相近的，这里以功率放大器保护电路为例讲述保护电路的工作原理。

保护电路基本形式

重要提示

保护电路主要有3种形式。

(1)信号切断式保护电路。

(2)电源切断式保护电路。

(3)负载切断式保护电路。

1.信号切断式保护电路

图4-26所示是信号切断式保护电路方框图，当主功率放大器输出很大信号时，由检测电路检测到这一过载信号，经放大后去控制主功率放大器的输入信号幅度，使输入到主功率放大器的信号减小，达到保护目的。

图4-26 信号切断式保护电路方框图

2.电源切断式保护电路

图4-27所示是电源切断式保护电路方框图，它的保护原理是直接切断主功率放大器直流工作电压，使主功率放大器无输出信号，达到保护目的。

图4-27 电源切断式保护电路方框图

3.负载切断式保护电路

图4-28所示是负载切断式保护电路，当电路发生故障时，用继电器切断音箱回路，达到保护目的。

图4-28 负载切断式保护电路

过电压保护电路和过载保护电路

主功率放大器的保护电路主要有过电压保护电路和过载保护电路，此外在一些功率放大器集成电路的内电路中设有过热保护电路等。为了分析电路方便，这里举几例分立元器件构成的保护电路。

1.过电压保护电路

图4-29所示是一种过电压保护电路。电路中，VT1、VT2是主功率放大器的两只输出管;VZ1和VZ2是保护管，为稳压二极管。

图4-29 过电压保护电路

这一电路的工作原理是：VZ1、VZ2的击穿电压取略大于直流工作电压+V，这样在正常工作时，VZ1、VZ2是不击穿的，相当于开路。如偶然出现高电压时，VZ1、VZ2便击穿，钳住电压，以达到保护功率放大输出管的目的。

2.过载保护电路

图4-30所示是一种称之为限流式的过载保护电路。电路中，VT3～VT6构成复合互补对称式功率放大输出级电路，VT1、VT2、VD1、VD2和R8、R9等构成过载保护电路，其中R8和R9为取样电阻，其值很小。

图4-30 限流式的过载保护电路

这一电路的工作原理是：在电路正常工作时，VT5、VT6电流流过取样电阻R8、R9时不是很大，在R8和R9上的压降不是很大，R6、R7将这一压降分别加到VT1、VT2基极，还不足以使VT1、VT2导通，这样，VD1和VT1、VT2和VD2处于截止状态，对主功率放大器的工作无影响。

当由于负载短路或其他原因导致VT5、VT6工作电流很大时，加到VT1基极的信号很大(为正半周信号)，使VT1导通，这样VT1和VD1导通，对输入信号+Ui进行分流，使净输入VT3和VT5的信号大大减小。同理，加到VT2基极的是足够大的负半周信号，使VT2和VD2对−Ui进行分流，净输入VT4、VT6的信号大大减小，达到保护功率放大输出管的目的。

电路中，改变R6、R7的阻值大小可调整保护电路的动作电平大小。

聚合开关保护电路

在一些功率放大器中装备了最新的保护装置，这就是正温度系数的聚合开关(Ploy Switch)。当电路一旦过载时，流过聚合开关的电流增大，它在极短的时间内呈现高阻状态，限制了流过扬声器的电流，达到保护目的。

1.聚合开关外形特征和特性

图4-31所示是聚合开关实物图，它有两根引脚，不分正、负极性。

图4-31 聚合开关实物图

聚合开关的主要材料是高分子及导电材料，它在动作后形成高阻状态(可达30MΩ)，在故障消失后能自动恢复到低阻状态，在正常工作时(常温下)其阻值极小，它对电路的插入损耗小于0.1dB。聚合开关本身无任何感抗或容抗，所以特别适合用于音响电路中作为过电流保护元器件。

重要提示

当电路中出现过电流故障时，流过聚合开关的电流增大，这时它的温度升高，使材料内部的分子晶体排列结构扩张并转换成非晶体状态，高分子材料中的导能路径断开，聚合开关阻抗迅速升高，起到限制电路中电流的作用。

图4-32所示是聚合开关的温度-阻抗特性曲线。从曲线中可以看出，当温度达到一定值后，聚合开关的阻抗迅速增大。聚合开关动作前与动作后的阻抗之差达几个数量级。

图4-32 聚合开关的温度- 阻抗特性曲线

2.3种保护状态

根据电路设计不同，在聚合开关进入保护状态后，扬声器的保护状态有3种情况：一是音量明显减小，二是没有音量，三是当音量大到一定程度后音量不再继续增大。

3.串联式保护电路

图4-33所示是采用聚合开关构成的串联式扬声器保护电路。在正常时聚合开关的电阻很小。当流过聚合开关的电流大到一定程度时，它呈现高电阻状态，限制流入扬声器中的电流，达到保护扬声器的目的。要注意的一点是，在任何特定电流时聚合开关的动作时间必须短于该电流下损坏扬声器所需的时间，否则就没有保护作用。

图4-33 采用聚合开关构成的串联式扬声器保护电路

4.分流式保护电路

图4-34所示是采用聚合开关构成的分流式扬声器保护电路，R1为分流电阻，R2为聚合开关。在正常时，由于聚合开关R2的电阻很小，所以电阻R1不起作用，通过扬声器的电流由R2提供通路。当电流异常增大时，R2的阻值增大，此时R2与扬声器相串联，R2起到限流保护的作用。

图4-34 采用聚合开关构成的分流式扬声器保护电路

重要提示

这种保护电路中的聚合开关动作后，扬声器仍然能够获得功率，只是起到限制扬声器功率的作用，扬声器的功率基本不再增大。

5.分流灯泡式保护电路

图4-35所示是采用聚合开关构成的分流灯泡式扬声器保护电路，它的保护原理与前面一种电路相似，但是由于灯泡HL的正温度系数效应，电流愈大，灯泡的电阻愈大，对电流的限制作用愈强，使扬声器获得的功率增长比电阻分流型电路更为平坦。这一保护电路也是只起到限制扬声器功率的作用，使扬声器的功率基本不再增大。

图4-35 采用聚合开关构成的分流灯泡式扬声器保护电路