保護(hù)電路通過電路控制手段對(duì)電路中某個(gè)元器件或組件進(jìn)行保護(hù)，以防止電路出現(xiàn)異常時(shí)這些元器件或部件被損壞。保護(hù)電路是電路中常用的一種電路。

保護(hù)電路的種類很多，但是保護(hù)電路的基本工作原理是相近的，這里以功率放大器保護(hù)電路為例講述保護(hù)電路的工作原理。

保護(hù)電路基本形式

重要提示

保護(hù)電路主要有3種形式。

(1)信號(hào)切斷式保護(hù)電路。

(2)電源切斷式保護(hù)電路。

(3)負(fù)載切斷式保護(hù)電路。

1.信號(hào)切斷式保護(hù)電路

圖4-26所示是信號(hào)切斷式保護(hù)電路方框圖，當(dāng)主功率放大器輸出很大信號(hào)時(shí)，由檢測(cè)電路檢測(cè)到這一過載信號(hào)，經(jīng)放大后去控制主功率放大器的輸入信號(hào)幅度，使輸入到主功率放大器的信號(hào)減小，達(dá)到保護(hù)目的。

圖4-26 信號(hào)切斷式保護(hù)電路方框圖

2.電源切斷式保護(hù)電路

圖4-27所示是電源切斷式保護(hù)電路方框圖，它的保護(hù)原理是直接切斷主功率放大器直流工作電壓，使主功率放大器無(wú)輸出信號(hào)，達(dá)到保護(hù)目的。

圖4-27 電源切斷式保護(hù)電路方框圖

3.負(fù)載切斷式保護(hù)電路

圖4-28所示是負(fù)載切斷式保護(hù)電路，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，用繼電器切斷音箱回路，達(dá)到保護(hù)目的。

圖4-28 負(fù)載切斷式保護(hù)電路

過電壓保護(hù)電路和過載保護(hù)電路

主功率放大器的保護(hù)電路主要有過電壓保護(hù)電路和過載保護(hù)電路，此外在一些功率放大器集成電路的內(nèi)電路中設(shè)有過熱保護(hù)電路等。為了分析電路方便，這里舉幾例分立元器件構(gòu)成的保護(hù)電路。

1.過電壓保護(hù)電路

圖4-29所示是一種過電壓保護(hù)電路。電路中，VT1、VT2是主功率放大器的兩只輸出管;VZ1和VZ2是保護(hù)管，為穩(wěn)壓二極管。

圖4-29 過電壓保護(hù)電路

這一電路的工作原理是：VZ1、VZ2的擊穿電壓取略大于直流工作電壓+V，這樣在正常工作時(shí)，VZ1、VZ2是不擊穿的，相當(dāng)于開路。如偶然出現(xiàn)高電壓時(shí)，VZ1、VZ2便擊穿，鉗住電壓，以達(dá)到保護(hù)功率放大輸出管的目的。

2.過載保護(hù)電路

圖4-30所示是一種稱之為限流式的過載保護(hù)電路。電路中，VT3～VT6構(gòu)成復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱式功率放大輸出級(jí)電路，VT1、VT2、VD1、VD2和R8、R9等構(gòu)成過載保護(hù)電路，其中R8和R9為取樣電阻，其值很小。

圖4-30 限流式的過載保護(hù)電路

這一電路的工作原理是：在電路正常工作時(shí)，VT5、VT6電流流過取樣電阻R8、R9時(shí)不是很大，在R8和R9上的壓降不是很大，R6、R7將這一壓降分別加到VT1、VT2基極，還不足以使VT1、VT2導(dǎo)通，這樣，VD1和VT1、VT2和VD2處于截止?fàn)顟B(tài)，對(duì)主功率放大器的工作無(wú)影響。

當(dāng)由于負(fù)載短路或其他原因?qū)е耉T5、VT6工作電流很大時(shí)，加到VT1基極的信號(hào)很大(為正半周信號(hào))，使VT1導(dǎo)通，這樣VT1和VD1導(dǎo)通，對(duì)輸入信號(hào)+Ui進(jìn)行分流，使凈輸入VT3和VT5的信號(hào)大大減小。同理，加到VT2基極的是足夠大的負(fù)半周信號(hào)，使VT2和VD2對(duì)?Ui進(jìn)行分流，凈輸入VT4、VT6的信號(hào)大大減小，達(dá)到保護(hù)功率放大輸出管的目的。

電路中，改變R6、R7的阻值大小可調(diào)整保護(hù)電路的動(dòng)作電平大小。

聚合開關(guān)保護(hù)電路

在一些功率放大器中裝備了最新的保護(hù)裝置，這就是正溫度系數(shù)的聚合開關(guān)(Ploy Switch)。當(dāng)電路一旦過載時(shí)，流過聚合開關(guān)的電流增大，它在極短的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，限制了流過揚(yáng)聲器的電流，達(dá)到保護(hù)目的。

1.聚合開關(guān)外形特征和特性

圖4-31所示是聚合開關(guān)實(shí)物圖，它有兩根引腳，不分正、負(fù)極性。

圖4-31 聚合開關(guān)實(shí)物圖

聚合開關(guān)的主要材料是高分子及導(dǎo)電材料，它在動(dòng)作后形成高阻狀態(tài)(可達(dá)30MΩ)，在故障消失后能自動(dòng)恢復(fù)到低阻狀態(tài)，在正常工作時(shí)(常溫下)其阻值極小，它對(duì)電路的插入損耗小于0.1dB。聚合開關(guān)本身無(wú)任何感抗或容抗，所以特別適合用于音響電路中作為過電流保護(hù)元器件。

重要提示

當(dāng)電路中出現(xiàn)過電流故障時(shí)，流過聚合開關(guān)的電流增大，這時(shí)它的溫度升高，使材料內(nèi)部的分子晶體排列結(jié)構(gòu)擴(kuò)張并轉(zhuǎn)換成非晶體狀態(tài)，高分子材料中的導(dǎo)能路徑斷開，聚合開關(guān)阻抗迅速升高，起到限制電路中電流的作用。

圖4-32所示是聚合開關(guān)的溫度-阻抗特性曲線。從曲線中可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到一定值后，聚合開關(guān)的阻抗迅速增大。聚合開關(guān)動(dòng)作前與動(dòng)作后的阻抗之差達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖4-32 聚合開關(guān)的溫度- 阻抗特性曲線

2.3種保護(hù)狀態(tài)

根據(jù)電路設(shè)計(jì)不同，在聚合開關(guān)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)后，揚(yáng)聲器的保護(hù)狀態(tài)有3種情況：一是音量明顯減小，二是沒有音量，三是當(dāng)音量大到一定程度后音量不再繼續(xù)增大。

3.串聯(lián)式保護(hù)電路

圖4-33所示是采用聚合開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)式揚(yáng)聲器保護(hù)電路。在正常時(shí)聚合開關(guān)的電阻很小。當(dāng)流過聚合開關(guān)的電流大到一定程度時(shí)，它呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，限制流入揚(yáng)聲器中的電流，達(dá)到保護(hù)揚(yáng)聲器的目的。要注意的一點(diǎn)是，在任何特定電流時(shí)聚合開關(guān)的動(dòng)作時(shí)間必須短于該電流下?lián)p壞揚(yáng)聲器所需的時(shí)間，否則就沒有保護(hù)作用。

圖4-33 采用聚合開關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)式揚(yáng)聲器保護(hù)電路

4.分流式保護(hù)電路

圖4-34所示是采用聚合開關(guān)構(gòu)成的分流式揚(yáng)聲器保護(hù)電路，R1為分流電阻，R2為聚合開關(guān)。在正常時(shí)，由于聚合開關(guān)R2的電阻很小，所以電阻R1不起作用，通過揚(yáng)聲器的電流由R2提供通路。當(dāng)電流異常增大時(shí)，R2的阻值增大，此時(shí)R2與揚(yáng)聲器相串聯(lián)，R2起到限流保護(hù)的作用。

圖4-34 采用聚合開關(guān)構(gòu)成的分流式揚(yáng)聲器保護(hù)電路

重要提示

這種保護(hù)電路中的聚合開關(guān)動(dòng)作后，揚(yáng)聲器仍然能夠獲得功率，只是起到限制揚(yáng)聲器功率的作用，揚(yáng)聲器的功率基本不再增大。

5.分流燈泡式保護(hù)電路

圖4-35所示是采用聚合開關(guān)構(gòu)成的分流燈泡式揚(yáng)聲器保護(hù)電路，它的保護(hù)原理與前面一種電路相似，但是由于燈泡HL的正溫度系數(shù)效應(yīng)，電流愈大，燈泡的電阻愈大，對(duì)電流的限制作用愈強(qiáng)，使揚(yáng)聲器獲得的功率增長(zhǎng)比電阻分流型電路更為平坦。這一保護(hù)電路也是只起到限制揚(yáng)聲器功率的作用，使揚(yáng)聲器的功率基本不再增大。

圖4-35 采用聚合開關(guān)構(gòu)成的分流燈泡式揚(yáng)聲器保護(hù)電路