用分立元件设计制作互补对称式功率放大器

用分立元件设计制作互补对称式功率放大器

2008-08-18 13:49:31 作者：未知来源：中国电子网

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一、功率放大器基本电路特点

互补对称式OTL功率放大器基本电路如图①所示。其中：C1为信号输入偶合元件，须注意极性应于实际电路中的电位状况保持一致。R1和R2组成BG1的偏置电路，给BG1提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用。要求通过R1的电流大于BG1的基极电流至少5倍，按照β为100、Ic1为2mA计算，R1应不大于6k，故给定为5.1k；C1因此也相应给定为22μ，它对20Hz信号的阻抗为362Ω；R2需根据电源采用的具体电压确定，约为R1（E/2-0.6）/0.6，按照32V电压值应取为约120K，确切值通过实际调试使BG1集电极电压为15.4V来得到。

C2与R3构成自举电路，要求R3C2＞1/10、（R3＋R4）Ic1＝E/2－1.2，因R4

是BG1的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3一般取在1k之内。按照32V电源电压值和Ic1为2mA进行计算，R3与R4之和为7.2k，实际将R3给为820Ω、R4给为6.8k，Ic1则为1.94mA；C2因此可取给为220μ。

R5和D是BG2、BG3互补管的偏置电路元件，给BG2、BG3共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取在3mA～4mA；改变R5阻值可使BG2与BG3的基极间电压降改变而实现对其静态工作的调整，与R5串联的D是为了补偿BG2、BG3发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管发射结门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定。简化电路中省略使用一只二极管。并联在BG2、BG3基极间的C4，可使动态工作时的ΔUAB减小，一般取为47μ；C3是防止BG1产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为47P～200P。

BG1起电压放大作用，在该电路中被称为激励级，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic1/400＝5μA、β＝100～200，所以应选用小功率低噪声三极管。BG2和BG3是互补电流放大极，分别与BG4、BG5构成复合管对输出电流进行放大，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic2/100＝30μA、β＝100～200。在BG4、BG5使用普通大功率三级管而不是内部已经做成复合式大功率三级管的情况下，BG2与BG3需要提供给后级大功率三级管超过100mA的峰值驱动电流，因此应使用中功率三级管。BG4和BG5是负责放大输出电流的大功率管，静态工作电流可取在10mA～30mA，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic4/100＝0.1mA、β＝50～100。BG4和BG5的最大极限电流Imax应该比输出电流最大幅值大1倍，方能保证输出电流最大幅值时β＞10。

R6和R7分别是BG4和BG5静态工作点调整分流电阻，动态工作时的分流作用可以忽略不计。在Ube4和Ube5都等于0.6V标准参数时，由互补电流放大级的静态工作电流

取在3mA～4mA，可计算出R6和R7应取为220Ω。实际上，大功率三级管Ube可能相差较大，BG4和BG5的Ube需通过实测进行配对使用，借助自举电路工作的半边复合管的总电流放大率应应比不借助自举电路工作的另半边复合管要小。

R8和R9分别是防止BG4和BG过流的限流电阻，一般取在0.2Ω～0.5Ω之间。将用200mm长、直径为φ0.08的漆包线两端分别焊接在1k以上电阻两端，把对折起来的漆包线绕在电阻上即可。相当于熔断保险管的作用，属于最简单的非智能式限流烧断保护方式。

C5和C6是信号输出电容，用一只小容量电容与大容量电容并联起来使用，可消除大容量电容内部具有的较大电感对高频率信号的阻碍。注意它实际上是起到中点浮动电源作用，所以电容量不是按照对通拼带下端交流信号的阻抗应为多大来计算，而是按照输出功率需要消耗多少能量进行计算。在中点浮动电源电压随着输出电流进行波动而导致输出信号截波时，就会产生严重削波失真。根据电容储存的能量与电压平方成正比关系，中点浮动电源的输出电容，容量应是总电源上储能电容量的4倍。

C9和R10是交流负反馈网路，与R2、R1共同构成电压并联负反愧。R2与R1构成的直流负反愧可使总的电压放大倍率约等于R2除以1.2k（等于R1与BG1的发射结动态电阻并联），按照图①设计参数约为100倍，加入C9和R10的交流负反馈网路后，总的电压放大倍率约等于R2与R10的并联电阻除以1.2k，约为18倍。实践证明，采用这种方式工作的电压并联负反愧表现效果很不良好。

二、对功率放大器基本电路的改进

在图①所示的互补对称式OTL功率放大器基本电路中，信号输入激励级的内阻只有

1k，需要做阻抗变换才能与大部份中、高阻信号源匹配。将信号输入激励级直接改成复合管是最简单的方式，复合管的接法有多种具体电路，最佳方案是采用图②所示的接法。新增加的前置级实际上相当于简单的电压控制电流型运算放大器，BG0的基极与发射极相当于运算放大器的正输入端和负输入端，正输入端的动态电阻已经提高到10K以上。同时，从功率放大器输出端接到负输入端发射极负反馈电阻R10和取样电阻R11之比决定着总的电压放大倍率。

电路调试要点也是先将R5调节成短路0电阻状况使BG2～BG5处于截止状态，用两只1K/2W电阻分别从总电源两端接到输出端获得中点电压。用一只200K电位器代替R1或R2接在电路板上，用导线将C1输入电容信号输入端与地短路。接通电源，测量BG1的集电极到发射极的电压降Uce，调节200K电位器使Uce等于E/2-0.6；在总电源电压为32V时，BG1的静态Uce应等于15.4V0.1V。然后测量200K电位器实际所处的电阻值，换成同阻值固定电阻替换电位器，再测量BG1静态Uce应该在15.4V0.2V之内。确定好BG1的静态Uce后，再从小到大调节R5使BG4和BG5的静态工作电流为15mA。为保险起见，可将R8与R9换接成100Ω/2W电阻，先测量R8与R9上的静态电压降应为1.5V。断开电源，测量R5可调电阻实际所处的电阻值，将R5换成相同阻值的固定电阻，拆掉先前从输出端分别连接到电源两端的1k/2W分压电阻。再接通电源，测量R8与R9上的静态电压降应保持在1.2V～1.8V之间。测量输出中点电平也应为16V0.5V之间。把C1输入电容信号输入端与地断开悬空，测量R8与R9的电压降，用起子碰到C1输入端时R8与R9上的电压降明显变大。然后把R8与R9换成0.3Ω电阻，接上喇叭试听。接通电源时因C0充电，输出端中点电压需要从零缓慢上升，因而只产生轻微冲击声。2秒