音频功率放大器

设计思路

甲类放大器作为一种最古老，效率最低，最耗电，最笨重，最耗资，失真最小的放大器它有吸引人的音质。甲类放大器输出电路

图1 前置放大电路框图

本身具有抵消奇次谐波失真，且甲类放大器管子始终工作在线性曲线内，晶体管自始自终处于导通状态。因此，不存在开关失真和交越失真等问题。甲类放大器始终保持大电流的工作状态。所以对猝发性声音瞬间升降能迅速反映。因而输出功率发生急剧变化时，电源电流变化微乎其微。由这种强大的驱动者来推动扬声器就能轻而易举的获得高保真的重放效果。为了能得到好的音质，在设计时，我采用了前后级分离。前置低放和末级功放完全分离，甚至分开供电。电路的方框图如图1所示。

电路组态与频响的关系

经过一期的学习，我们学了各种放大电路及其组合形式。由于所选器件和组合形式的不同，不可避免地要造成诸如输入阻抗、频响、失真、信噪比等方面性能的指标差异，并且最终以音质方面的差异体现出来。

1组态与频响的关系

选择电路时，我们希望其频响应尽量平坦宽阔，在整个音频范围内平衡度好。电路的转换速率和失真也相对低。通过第五章的学习，我们了解到晶体管C be、C cb和C o的反馈或分流效应，造成输入、输出信号中的高频分量减少，其中以C cb的影响最大。高频信

号经该电容反馈主生的“密勒效应”相当于在放大器输出端并接 了 一个容量等于

C m (密勒电容)的电容。C m 和C cb 的关系是： C m =(1+K v )C cb

( 1

)

可以认为C m 是影响放大器高频响应的主要因素。而耦合电容的容 抗主要影响放大器低频频响。这些因素与电路组态有关。

2 共射-共基差分的频响

2.1 共射-共基电路

通过学习我们知道共基放大器由于基极交流接地，集电极电容 C cb 的反馈条件被

破坏，C cb 转化为C O

(共基接地时晶体管的输出电容)。其影 响比C m 自然小得多，而集电极与发射极 之间的寄生电容基电路有很好的高频

响 应。在音频放大电路中，共一般极小， 管子内部反馈的影响也小得多。所以共 基电路不单独作用，而是与共射或场效 应管共源放大器直接耦合组成共射-共 基或共源-共基放大器。共射-共基差分 电路如图2所示。

这种放大器取两种放大器之长而避其短，不仅有

很好的高频响 应和较高的增益，而且使共射管有恒定的U CE 。因T1有很高的输 出阻抗，T3有很低的输入阻抗，所以T3可将T1的电流变化转化 放大器中应用更为广泛。共源-共基差放电路3所示

D R3

1.5 k

1.5 k

图2 共射-共基差分

成电压的变化。如图2示，这就为T1提 供了恒定的

U CE 。 U CE 恒定，可明显改善 T1的B 值线性度，避免了

上下半周放大量 不一致而导致的失真。所以共射-共基电路 是一款性能优良的放大器。

2.2共源-共基电路

众所周知，场效应管具有输入阻抗高， 动态范围大，噪声系数小且与工作电流基 本无关的特点。所以由场效应管和三极管 组成的共源-共基差放电路在现代高保真

1.5 k

1.5 k

OUT J

t

Vb

Ui

1 Q2

70

1k RP1

图3 共源-共基

差放电路

R5

Ui

1k RP1

OUT

T1

>|^

Vb

R 3

T1

R5

T2 2240

3互补对称放大器的失真的高保真放大器中最常用的放大器。其结构有互补对称双互补对称放大器是用不同极性的放大器件（N型或P型）构成

管放大器和互补对称差分放大器两种。信号由不

同极性的器件分别放大后在其输出端合成。由于

它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性

抵消失真中的偶次谐波，获得较低的失真度。鉴

于此，我在这里用了沃尔漫电路。形式如图4所

示。

共射-共基电路有诸多优点，在信噪比方面

1 的表现也不逊色。

4.1DC化无大环路负反馈功放电路

为消除非线性失真和抑制零飘，一般晶体管功

放的输出端与输入级之间加有大环路负反馈。

研究表明，由于功放输出端信号会因为晶体管

极间电容的充电过程而被延迟，使输出信号相位

滞后于输入信号。加环路负反馈后产生TIM失真。虽然晶体管的极间电容很小，相移

的影响主要表现在高频段。但对波形前沿很陡的音频信号仍然产生明显的影响。要避

免TIM失真，减少电路相移量的方法为治本之策。

在功放电路中，输出级晶体管的极间电容最大，可达几百皮法上千皮法。若使反

馈环路避开输出级，反馈信号的相移将会明显减少。TIM失真也可明显改善。于是设计

时可将反馈信号的提取点移至电压驱动级的输出端，使输出级不介入环路负反馈（即

所谓无大环路负反馈）。这样就缩短了反馈路经。使反馈信号的相移量尽可能小，同

时又保留了负反馈给电路带来的好处。输出级介入反馈，还可以防止感性负载（即扬

声器）反向感应电动势带入输入级，引起交叉调制失真。

5 综合分析

主电路部分如图5所示，音频信号经R1缓冲进入Q1和Q2组 成的双差分输入电路。C1和R2对输入信号中的高频干扰起到旁路

图5 刖置低放电路图

的作用。R2作为输入电阻.Q1、T1 , Q2、T2 , Q3、T3和Q4、T4 构成共射-共基电路（也称沃尔漫电路）这种电路最显著的特点是 具有失真低、频响宽、增益高、线性好。

R4、R6、RP1、R7、R9 构成分压电路给T1、T2、T3、T4的基极提供 12V 基极偏压。这

样，Q1〜Q4四只结型场效应管的漏极工作电压只有11.3V （ 1 2-0.7 ） 左右，保证了结型场效应管安全可靠地工作，这是因为结型 场效应管的工作电压较低,不能直接工作在较高的电压下。RP1（兼 作输出级输出中点电位的调节）为输入电路静态电流的调节电阻,设 计时输入级静态电流设定在1.4mA 左右。这样，R3、R8上产生2.1 V 压降作为下一级电路的偏置电压。

电压放大级同样是由T5、T6、T7、T8构成共射一共基电路。

D1、R16、D2为T6、T8的基极供基准工作电压。调节RP3将该级 的电流设定在4.8m A 左右，R36上电压降为1.45V 。正负半周的信 号经T9 T13共射放大电路后由其集电

极进入T10、

T12组成的共

基电路，并从两管的集电极输出，经R37、R38缓冲送入Q5、Q6 组成的末级电路。

T7、 R17、 D3、RP3构成恒压电路，调节RP3

可以改变Q5, Q6两管栅极电位差，从而改变末级静态工作电流。

” P 1 1 G J77

R11

R14

1 50

OUT

R17 6.8 k

R21

8414 N1

D669 RP3 1 0k

R20

C( 0.1 u

r L

ZL7.5v R15

甘2 300

D667

T9 D667

470

68p

Hr

OUT

Q6 J77

2

R3

1.5 k 24 ORik Q2 K17

Q1 170

T2

2240 Q3 I ----- 連u

4 R

5 0k T .5 k

T1

R8

T3

970

R7 J77

T4

C7

'| ___ 1 k

JR16

5

B647 6 B647

C1 0

68p

R19

Q5

K214

”，0.1 u

W R12

1k 4 C5

9 R10 A97

占C3 □ o •呵1.5 k —20k

1.5 k