5雙互補(bǔ)對(duì)稱式音頻功率放大器

雙互補(bǔ)對(duì)稱式音頻功率放大器前幾篇講述的音頻功率放大器都是單電源供電，輸出經(jīng)由耦合電容“隔直通交”送給揚(yáng)聲器，屬于OTL電路。這種電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，功率管與耦合電容連接點(diǎn)的直流電位約為電源的一半，揚(yáng)聲器沒(méi)有直流偏壓；這種電路的工作特點(diǎn)是，正半波時(shí)，電源經(jīng)上半?yún)^(qū)功放管給負(fù)載提供能量；負(fù)半波時(shí)，下半?yún)^(qū)功放管導(dǎo)通，耦合電容充當(dāng)電源，把存儲(chǔ)的能量釋放給揚(yáng)聲器。故大功率輸出時(shí)，要求耦合電容的容量要足夠大，不然就不能知足功率輸出，波形削頂失真。目前，音頻功率放大器常采納“全對(duì)稱式OCL功率放大電路”，該電路除采納復(fù)合管、溫度補(bǔ)償?shù)确椒ㄍ猓€把OCL電路里的差分輸入、鼓勵(lì)放大與功率放大三級(jí)電路都設(shè)計(jì)成互補(bǔ)對(duì)稱。正半波時(shí)，上位功率管導(dǎo)通、下位功率管截止，系統(tǒng)由正電源給負(fù)載提供能量；負(fù)半波時(shí)，上位功率管截止、下位功率管導(dǎo)通，系統(tǒng)由負(fù)電源給負(fù)載提供能量。如此，就充分發(fā)揮了NPN型和PNP型功放管能夠互補(bǔ)工作的優(yōu)勢(shì)，讓信號(hào)從輸入到輸出均處于推挽放大當(dāng)中，使電路取得專門好的穩(wěn)固性和保真度，電路圖如圖1所示。取互補(bǔ)走動(dòng)放大班VTIR43kQRIiknC2±33pTR71Q3R]QVT39012R510OGR6EoosaRX

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O.UR23]?？?WR艮圖1雙互補(bǔ)對(duì)稱式音頻功率放大器電路中各元器件作用和功能，如表1。表1元器件作用元件或信號(hào)名稱作用描述IN信號(hào)輸入R1低通濾波電路使輸入音頻信號(hào)電壓適當(dāng)衰減C1耦合電容隔直通交R2VT1、VT3靜態(tài)偏置電阻保證VT1、VT3基極電壓為零，與C2配合確定高頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)折頻率C2高頻信號(hào)抑制電容限制輸入信號(hào)的通頻帶，讓有用的音頻信號(hào)通過(guò)，旁路20kHz以上的信號(hào)，抑制輸入信號(hào)中的高頻分量VT1、VT2和R12上下半?yún)^(qū)差動(dòng)放大器及發(fā)射極“拖尾”電阻放大后的信號(hào)從VT1集電極輸出，送到激勵(lì)級(jí)VT5進(jìn)行反相電壓放大VT3、VT4和R11放大后的信號(hào)從VT3集電極輸出，送到激勵(lì)級(jí)VT6進(jìn)行反相電壓放大R5、R6平衡調(diào)節(jié)分別串聯(lián)于相應(yīng)晶體管發(fā)射極，用以調(diào)節(jié)差動(dòng)管的差異性造成的不平衡R7、R8VT5、VT6激勵(lì)級(jí)對(duì)雙差動(dòng)放大器輸出的信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大，使之動(dòng)態(tài)范圍更大，驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路的能力更強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)由VT5、VT6構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱的差動(dòng)電流放大VT8、VT10復(fù)合管更大的電流放大倍數(shù)VT9、VT11VT7、UBE倍增電路消除交越失真，且具有溫度補(bǔ)償作用（VT7需要緊貼散熱片安R17、R18裝，利用晶體管的溫度效應(yīng)，補(bǔ)償功放管的溫度特性，使之具有良好的溫度適應(yīng)性）C4相位超前補(bǔ)償電容.防止多級(jí)放大器晶體管集極電容的移相作用，使輸出端信號(hào)相位逆轉(zhuǎn)（即破壞正反饋?zhàn)约l件），避免電路自激.在滿足電路不自激的前提下，C4的值應(yīng)盡量小些，以免影響功放的高頻響應(yīng)C5、C6相位滯后補(bǔ)償電容.防止信號(hào)相位逆轉(zhuǎn)，配合C4避免電路自激。這兩只電容會(huì)使輸出信號(hào)相位滯后（甚至逆轉(zhuǎn)）——這點(diǎn)與C4的超前補(bǔ)償作用不同.電路的瞬態(tài)響應(yīng)速度影響很大。若取值過(guò)大，則很容易導(dǎo)致瞬態(tài)互調(diào)失真，故高保真功放應(yīng)盡量避免采用滯后補(bǔ)償，自激問(wèn)題可通過(guò)選用極間電容小的晶體管或者通過(guò)超前補(bǔ)償來(lái)解決L1濾波電感濾除超音頻信號(hào)R23、C9茹貝爾補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)對(duì)揚(yáng)聲器純電感負(fù)載進(jìn)行相位補(bǔ)償，克服高頻自激C3提供交流通路隔直通交R13、R14反饋和取樣電阻電壓放大倍數(shù)A=1+R14/R13=34（倍）通常為了降低本錢，在音頻功率放大器中，前置放大器與功放級(jí)利用同組電源，如此就會(huì)帶來(lái)兩個(gè)短處：其一，大動(dòng)態(tài)時(shí)，功放級(jí)的大電流使電源內(nèi)阻的壓降過(guò)大，電源電壓降低，致使鼓勵(lì)級(jí)的供電電壓不足，動(dòng)態(tài)范圍明顯變小，功放級(jí)取得的驅(qū)動(dòng)電壓不足，達(dá)不到應(yīng)有的輸出功率，因此大動(dòng)態(tài)時(shí)推動(dòng)大功率音箱就會(huì)顯得力不從心；第二，大動(dòng)態(tài)時(shí)，電源波動(dòng)產(chǎn)生的干擾信號(hào)使鼓勵(lì)級(jí)的輸出信號(hào)幅度被調(diào)制，從而降低聲音的清楚度。為了克服大動(dòng)態(tài)時(shí)工作的兩個(gè)短處，本電路在前置放大器與功放級(jí)的供電通路中串入二極管VD1、VD2隔離，如此就能夠夠明顯地改善大動(dòng)態(tài)時(shí)的性能。隔離式供電的工作原理如下：當(dāng)輸出級(jí)的剎時(shí)大動(dòng)態(tài)信號(hào)電流使電源電壓低落時(shí)，二極管VD1、VD2的反向截止，由于濾波電容C7、C8容量較大，短時(shí)刻內(nèi)能保證差動(dòng)放大級(jí)的電壓不至于跌落，待電容上的電壓即將跌落時(shí)，輸出級(jí)的剎時(shí)電流峰值已過(guò)，電源電壓即可恢恢復(fù)值，能夠當(dāng)即向C7、C8及差動(dòng)放大級(jí)供電。如此，在大動(dòng)態(tài)時(shí)差動(dòng)輸入級(jí)和鼓勵(lì)級(jí)的電源電壓大體不受阻礙。制作說(shuō)明：差分輸入級(jí)誤差小于3%，越小越好（事實(shí)上1%也能挑到）。鼓勵(lì)級(jí)上下半?yún)^(qū)對(duì)管也一樣，電壓放大級(jí)5%就能夠夠了。選B值不是也大越好，100?150左右就能夠夠了。另外，線性要好一些，曲線可不能太陡。末級(jí)有點(diǎn)特殊，因?yàn)槭请娏鬏敵黾?jí)，一樣要在3A來(lái)選，誤差5%最好。、直流測(cè)試（雙電源土，加在差動(dòng)輸入級(jí)和鼓勵(lì)級(jí)的電壓為±15V）1．差動(dòng)輸入級(jí)分區(qū)元件壓降元件壓降電流元件壓降電流備注上半?yún)^(qū)R3R50.73mAR12mAR12的電流等于R3與R4電流之和R4R60.73mA下半?yún)^(qū)R9R70.69mAR11mAR11的電流等于R9與R10電流之和R10R80.75mA2.鼓勵(lì)級(jí)分區(qū)元件壓降電流元件C極電位VT5的C極與VT6的C極壓差上半?yún)^(qū)R15mAVT5等于VT8,VT9,VT10,VT11

分區(qū)元件發(fā)射結(jié)壓降靜態(tài)電流元件發(fā)射結(jié)壓降靜態(tài)電流上半?yún)^(qū)VT8599mV約VT10523mV約20mA下半?yún)^(qū)VT9-614mV約VT11628mV約20mA下半?yún)^(qū)IR16I1mAiVT6I I 共4個(gè)晶體管發(fā)射結(jié)壓降之和3.功放級(jí)下半?yún)^(qū)R16下半?yún)^(qū)R16mAVT6共4個(gè)晶體管發(fā)射結(jié)壓降之和1．差動(dòng)輸入級(jí)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)對(duì)稱。晶體管VT一、VT2組成的差動(dòng)輸入級(jí)，負(fù)責(zé)正半波信號(hào)的放大，經(jīng)由VT5鼓勵(lì)放大送給復(fù)合管，晶體管VT3、VT4組成的差動(dòng)輸入級(jí)，負(fù)責(zé)負(fù)半波信號(hào)的放大，經(jīng)由VT6鼓勵(lì)放大送給復(fù)合管。由于是對(duì)稱雙電源供電，故電阻R2給VT一、VT3提供基極偏置。這時(shí)，VT一、VT2的發(fā)射極電位為負(fù)值，VT3、VT4的發(fā)射極電位為負(fù)值。差動(dòng)輸入級(jí)的靜態(tài)電流由R1一、R12及電源電壓決定。比如，前文所述測(cè)得R12壓降約，電流為mA。由于VT—、VT2特性一致性較好，發(fā)射極電阻R五、R6的壓降大致相等，故二者均分R12的電流。而VT3、VT4特性不一致，發(fā)射極電阻R7、R8的壓降不相等，故二者的電流稍有不同。這時(shí)，假設(shè)把R7減小為82。，則UR7減小，U組3增大，基極、集電極相應(yīng)增大，即可使VT3、VT4的靜態(tài)電流趨于相等（增大R8也可實(shí)現(xiàn)之）。因此，R7、R8被稱為差動(dòng)放大器的平穩(wěn)調(diào)劑電阻。讀者可能會(huì)問(wèn)：為什么要求差動(dòng)管的靜態(tài)電流大體相等呢？因?yàn)?，差?dòng)放大器工作時(shí)，對(duì)管的電流“此消彼漲”，二者之和等于發(fā)射極“拖尾”電阻的電流，該電流大體恒定。因此，當(dāng)差動(dòng)對(duì)管均分該電流時(shí)，相關(guān)于靜態(tài)時(shí)的大體電流值，差動(dòng)對(duì)管的電流不管正向轉(zhuǎn)變?nèi)允秦?fù)向轉(zhuǎn)變，其量值是相等的！如此，在集電極電阻上形成的轉(zhuǎn)變量正負(fù)對(duì)稱，經(jīng)鼓勵(lì)放大后，保證終端輸出波形的上下對(duì)稱。承接上文，當(dāng)VT一、VT2均分R12的電流時(shí)，那么R3、R4的壓降亦相等，即UR3=UR4而UR3=R3*Ir12/2=3KX0.73mA二提示：電阻R1一、R12的電流確實(shí)是差動(dòng)輸入級(jí)的靜態(tài)電流！2．鼓勵(lì)級(jí)由于R15與VT5發(fā)射結(jié)串聯(lián)后與R3并聯(lián)，因此R3的壓降UR3,將對(duì)鼓勵(lì)管VT5的靜態(tài)電流產(chǎn)生決定性阻礙。由圖1所示，可知UR3=UR5+UEB5=R5*IR5+UEB5而UEB5是VT5的發(fā)射結(jié)壓降，轉(zhuǎn)變范圍較小，硅管約為。因此，上式可表示UR3=R5*IR5+由上式可知，當(dāng)UR3為某一固定值時(shí)，R5越大，那么IR5越小，反之亦反。比如，前文所述測(cè)得UR3=，則R15的電流IR15為IR15=（）V/R15=（）V/300。心該值與表1中實(shí)測(cè)R15壓降，依照歐姆定律計(jì)算的相差無(wú)幾！同理，R16電流的理論計(jì)算與此類似。。。需要說(shuō)明的是，本電路鼓勵(lì)放大級(jí)的靜態(tài)電流稍稍有點(diǎn)大，在輸出功率不大時(shí)，2?3mA即可。比如，就本電路來(lái)講，筆者把R15、R16更改成560Q,實(shí)測(cè)它們的壓降約為，那么流過(guò)它們的電流約為（=560。）。提示：電阻R1五、R16的電流確實(shí)是鼓勵(lì)放大級(jí)的靜態(tài)電流！3.Ube倍增電路R17、R18與VT7組成Ube倍增電路，抵消VT8?VT11的發(fā)射結(jié)死區(qū)壓降，排除交越失真，同時(shí)能夠很方便地設(shè)置輸出級(jí)的靜態(tài)電流。忽略VT7基極電流，那么R17、R18串聯(lián)分壓，由于R17與VT7發(fā)射結(jié)并聯(lián)，于是有如下方程成立UBE7/R17=UAB/（R17+R18）代入?yún)?shù)，解之得UAB=3UBE7按理說(shuō)，這A、B兩點(diǎn)的電壓只有3個(gè)發(fā)射結(jié)壓降，并非能完全抵消VT8?VT11的發(fā)射結(jié)死區(qū)壓降，但考慮到功放管溫升后，發(fā)射結(jié)特性曲線左移，因此，即便較小的Ube對(duì)應(yīng)的基極電流也不容小視，加上溫升后B也相應(yīng)增大，為平安起見，Ube倍增電路設(shè)置Uab應(yīng)適當(dāng)小一些，以保證功放管平安。提示：筆者為研究需要，實(shí)際元件R18=3K,R17為10K可調(diào)電阻。二、交流測(cè)試棕色—輸入波形藍(lán)色—輸入波形（下同）1.1kHz&空載、負(fù)載CURSOfiCURSOfi類型幅度信海?段和光標(biāo)114-MT3㈱3圖2lkHz&空載Tek幾.酒mPcs：o.cccsCURSOfi類型幅度信海

叫?段和光標(biāo)1

12HV14-MT3㈱5圖3lkHz&負(fù)載（8Q揚(yáng)聲器，正負(fù)半波均顯現(xiàn)失真，負(fù)半波尤甚）2.10kHz&空載、負(fù)載TekJL□TrigFMPcs:0.000SCUASCA類型CHI200mVCH2反。仙'M25,Ojus匚川加”?244V|光希1；.0V14-加卜13W；C210.C054HI光標(biāo)?7NW圖410kHz&空載融紈蜴光標(biāo)112.0V幅度光標(biāo)2三 二…「I…臼工眼M25,Ojos14-Jun