如何使AB類輸出更安全

第第頁(yè)如何使AB類輸出更安全廣泛應(yīng)用的AB類放大器push-pull電路如圖1，但是現(xiàn)在有了一些改進(jìn)。

圖1AB類放大器電路有一些改進(jìn)

首先，我們來看看它的熱補(bǔ)償是如何工作的。Q1和Q2表示輸出晶體管的捷徑，因?yàn)橥ǔ＿@些輸出器件是達(dá)林頓或互補(bǔ)對(duì)。Q1和Q2的偏置電壓與齊納（D1）電壓和Q4和Q5晶體管的Vbe壓降相加，后者與溫度有關(guān)。通常Q4和Q5與晶體管Q1和Q2位于同一散熱片上。

通常Vbe（在我們的上下文中是Uk）的值約為0.8V（如果使用達(dá)林頓配置，則為1.8-2.5V）。

通過晶體管Q1和Q2的靜態(tài)電流為：

i1=i2=((Vz+n*U4)*R3/(2*(R1+R3))–U1)/R5

其中n是補(bǔ)償鏈中晶體管的數(shù)量（圖1中的2個(gè)晶體管Q4和Q5）和Uk，其中k=1,2,3,4是晶體管Qk的Vbe。

設(shè)K=R1/R3,則:

i1=i2=((Vz+n*U4)/(2*(K+1))–U1)/R5

取導(dǎo)數(shù)：

di1/dT=(n/(2*(K+1))*dU4/dT–dU1/dT)/R5

其中導(dǎo)數(shù)dUk/dT表示晶體管Qk的Vbe的熱依賴性，k=1,2,3,4。

因此，例如，如果晶體管U1和U4的熱依賴性接近，則最佳條件如下：

K=n/2–1，這明顯是或多或少的，但我們必須得出它。

通過串聯(lián)更多的晶體管可以增加補(bǔ)償：使用兩個(gè)串聯(lián)的晶體管Q4和Q5，而不是只使用一個(gè)。所以電壓變化可以加倍。當(dāng)晶體管Q1和Q2不共用一個(gè)散熱器時(shí)，這也會(huì)有所幫助。然后，將Q4（Q5）與Q1（Q2）放置在同一個(gè)散熱器上以控制溫度。

在這種設(shè)計(jì)中，齊納二極管比電阻的優(yōu)點(diǎn)是熱反饋的衰減更低，因此可以實(shí)現(xiàn)更精確的補(bǔ)償。TL431優(yōu)于普通齊納二極管，因?yàn)門L431具有更低的動(dòng)態(tài)電阻和更低的工作電流。

所有這些類型的熱補(bǔ)償都有相同的缺點(diǎn)：由于熱傳感器（在我們的例子中是Q4、Q5）需要放置在輸出晶體管的散熱器上（即遠(yuǎn)程放置，而不是放置在公共PCB上），一些連接布線（帶或不帶插座）幾乎是不可避免的（注意圖1中Q4和Q5的布線）。

如果熱傳感器的鏈（在我們的例子中，該鏈?zhǔn)荄1、Q4、Q5）由于插座中的接觸不良或僅僅是導(dǎo)線中的斷裂而斷裂，這將不可避免地在晶體管Q1和Q2中產(chǎn)生大而不可控的通電。這些晶體管會(huì)被電流破壞，相應(yīng)的熱失控也會(huì)發(fā)生。

高質(zhì)量互補(bǔ)功率晶體管Q4/Q5，可能相當(dāng)昂貴，但瀕危負(fù)載可能更昂貴！

此外，這種電路可以包括一個(gè)電位器來調(diào)節(jié)靜態(tài)電流，這使得這種電路容易受到電位器質(zhì)量的影響。應(yīng)該采取措施防止這種災(zāi)難。

圖2中的電路可以解決所有這些問題。它保護(hù)昂貴的輸出晶體管和負(fù)載不受大的不可控電流的影響。圖2該電路保護(hù)昂貴的輸出晶體管和負(fù)載免受不可控的大電流影響。

以下是保護(hù)工作原理：晶體管Q3控制鏈D1、Q4、Q5的完整性。如果該鏈?zhǔn)情_放的，Q3的柵極上的電壓就會(huì)升高，從而使Q1和Q2的基極偏置幾乎為零。如果完整性被破壞，這確保了非常低的靜態(tài)電流i1和i2。

為了計(jì)算元件，讓我們考慮Q3的最大柵極閾值電壓，該FET為開（關(guān)）；我們將該值指定為Vgso：

Vgso=0.8V（適用于BS170和BSS138）

在正常工作期間，當(dāng)鏈D1、Q4、Q5沒有斷開時(shí)，晶體管Q3斷開（關(guān)閉），點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的電壓由鏈D1、Q4、Q5決定：

Vab=Vz+n*U4，其中，如上所述，U4代表Q4的Vbe。

如果出現(xiàn)以下情況，則為真：

i0*(R1+R2+R3+R4)>Vz+n*U4

通過R1、R2、R3、R4的電流為：

i14=Vab/(R1+R2+R3+R4)

假設(shè)我們確實(shí)知道電流i0，它的值不僅可以由上面的不等式?jīng)Q定，而且還可以知道輸出功率、輸出晶體管Q1/Q2的增益、頻率范圍和電路的寄生電容。

現(xiàn)在，差值i0–i14不應(yīng)小于齊納二極管的最小容許電流：

i0–i14>=Izmin（該值可在數(shù)據(jù)表中找到，對(duì)于TL431為1mA）

那么，對(duì)于R2：

R2=（U1+i1*R5）/i14

現(xiàn)在讓我們研究當(dāng)鏈D1，Q4，Q5斷裂時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

當(dāng)Q3關(guān)閉（on）時(shí)，我們指定Vgsc為Vgs的最小值。

那么，我們對(duì)Vz來說：

i0*(R1+R3+R4)–Vz>Vgsc

所以我們對(duì)Vz有：

Vz<min((i0*(R1+R3+R4)–Vgsc),(i0*(R1+R2+R3+R4)–n*U4))

圖2中的電路使用綠色LED代替齊納二極管。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是：1.LED指示鏈D1、Q4、Q5的完整性。2.通過LED的電流可能遠(yuǎn)小于通過齊納或TL431的電流。

這里使用綠色LED是因?yàn)樗哂凶詈线m的壓降（約2.2V）。注：下降取決于制造技術(shù)，某些類型的綠色LED可能超過3V，因此請(qǐng)注意。

在R7、R8鏈的幫助下，我們可以控制通過電流i1（i2）。該鏈也將有助于一個(gè)壞的LED的情況下，限制a和B之間的電壓和通過電流i1（i2）。