AB类功率放大器

图 5-2-6
电路板接线图
1、电路的调试 （1）先把 RP3 的阻值调节至最小，开启 12V 电源，观察直流表电流，应小于 0.3A， 但也不会很小，如超过较多的，检查 RP3 阻值是否调反了，也可能是电路本身焊错了。如 电流为零，也可能是电路焊错了或电源引线没接好。 （2）测量 F 点对地直流电压，仔细调节 RP2，使 F 点电压约 6V，如无法调节，先检 查 R1、RP2 支路。 （3）仔细调节 RP3，使直流表电流约 30mA~100mA，如果电流达不到的，重新检查 电路。这时应注意 Q3、Q4 的散热片，会发热，温温的，但不会烫手。 （4）重新测量 F 点对地直流电压，仔细调节 RP2，使 F 点电压约 6V。 （5）把 RP1 阻值调至中间，输出接上喇叭，用手或螺丝刀触摸 C1 两端引脚，喇叭应 有一定的杂音。 （6）接上音频源，喇叭就能发声了。须要注意的是：为减小功放接入电源对 mp3、 手机、电脑的冲击，开机时就先打开 AB 类功放的电源，再插入音源；关机应先调 RP1， 使音量调小，再拔出音源线，最后关闭 AB 类功放电源。 （7）体验交越失真：输入接 1KHz 正弦波信号，幅度约 50mV，输出接示波器，不接 喇叭，接 8Ω 的电阻。仔细调节 RP3，输出可能出现交越失真，如图 5-2-7 所示，正确的
5.2
一、实训目的
AB 类音频功率放大器
1、了解 B 类和 AB 类功率放大器的区别； 2、掌握 AB 类音频功率放大电路的分类； 3、掌握 OTL 型 AB 类音频功率放大电路的工作原理； 4、掌握 AB 类音频功率放大电路的调试要点和测试方法。 二、实训材料
元件名 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电位器 参数/型号 10K 2K 470Ω 47Ω 1Ω 47K 数量 1 3 2 1 1 2 元件名 电位器 电容 电容 电容 电容 电容 参数/型号 470Ω 470μF 100μF 10μF 0.1μF 100pF 数量 1 2 2 2 2 1 元件名 三极管 三极管 三极管 三极管 二极管 参数/型号 9012 9013 2SD468 2SB562 1N4148 数量 1 1 1 1 1
1 2 R 1 V 2 K C 6
C
R
C
8
6
R
7
RP2
D
Q
3
4
7Baidu Nhomakorabea
0
1
0
u
F
Ω
0.1uF
4
7
0
u
7
4
7
K
4
7
0
C
1
0
3
0
u
F
Ω
RP3
D468
C
4
R
5
7
4
F
4
7
0
u
B
C
1
2
A
Q
1
R
4
K
Ω
0
D
C
9
1N4148
1
F
4
7
Ω
C
9
0
1
Port
2
1
0
u
F
1
0
0
p
Q
2
Q
4
R
0.1uF
R
2
9
0
1
RP1
1
0
K
C
3
E
B562
C 1
R
4
C
R
C
图 5-2-4
2
OTL 功放等效电路
5
4
图 5-2-5 无自举电路 OTL 功放输出波形
则电路放大倍数为
Au 1
R5 R4
C2 为隔直流电容，对于音频信号是短路的，而对于直流信号是断路的，稳定了静态工 作点，C2 电容量要足够大，如果该电容的电容量太小，低频率的音频就会损失较大，电 容量估算式子如下
三、AB 类功率放大器分析 B 类功放基本电路如图 5-2-1 所示， 其最大的缺点是输出存在交越失真。 如 Q2 用硅三 极管， 其基极电位要比射极电位高约 0.6V~0.7V 才能使 Q2 进入放大状态， 而 Q3 硅三极管， 其基极电位要比射极电位低约 0.6V~0.7V 才能使 Q3 进入放大状态，那么 Q2 和 Q3 放大输 出的信号中部将损失约 1.2V~1.4V 的幅度而引起交越失真。如果 Q2 和 Q3 用锗三极管，则 交越失真会小得多，但仍存在。因此 B 类功放不太适合用于模拟功放，但如用于放大方波 信号（数字信号） ，则不存在失真。
1
R
3
C
4
7
K
2
K
1
0
2
0
u
Port
图 5-2-3
F
小功率 OTL 音频功放电路
由于图 5-2-2 变压器推挽功放，存在变压器耦合，而音频信号带宽为 20Hz~20KHz， 变压器为感性元件，对不同频率的音频信号的阻抗是不同的，且变压器还存在体积大、笨 重等问题。而图 5-2-3 为 OTL 型音频功放，输出无需变压器耦合，是图 5-2-1 的改进电路， 主要不同是增加了未级功放的静态偏置，使未级功放管在静态时处于微导通状态。 小功率 OTL 音频功放电路主要由前置放大电路、电压推动级和未级功放等组成。 1、前置放大电路 前置放大电路由 Q1 及外围电路组成，R2 和 RP1 等为 Q1 静态电压偏置电阻，当 RP2 阻值变小时，Q1 的基极 A 点电位上升，Q1 集电极电位下降，Q2 的基极 C 点电位也随着 下降，Q2 的集电极 E 点电位上升，Q3 和 Q4 的基极电位均上升，音频放大输出点 A 点电
C
1 2 f R4
f 为音频带宽要求的最低频率，通常为 15Hz~20Hz，实际选用电容量时，还应比计算 值大许多倍。 2、电压推动放大电路 电压推动放大电路由 Q2 及其外围元件组成，Q2 为共射放大电路，主要作用是放大电 压，其集电极电流通路为：电源→R6→R7→RP3→D1→Q2 的 C、E 极。Q2 集电极电流流 经 RP2 和 D1 时， 在该两个元件上会产生电位差， 调整 RP2 可使电位差约 1.2V~1.4V 左右， 该电位差刚好给未级功放管 Q3、 Q4 提供基极偏压， 使未级功放管在静态处于微导通状态。 R7 和 C3 构成自举电路。当放大正半周信号时，Q2 集电极电位上升，Q3 导通，输出 F 点电位也上升，在音量较大时，F 点电位会接近电源电压值 12V，而放大正半周信号时， Q3 必须要处于导通放大状态，则其基极 D 点的电位必须比 F 点电位高约 0.6V~0.7V，因 此放大正半周信号时，Q3 基极的 D 点电位上升，Q3 基极与电源正极电位差变小，会引起 通过 R6、R7 电阻的电流变小，Q3 导通不充分，正半周信号幅度将明显被限制，输出波形 如图 5-2-5 所示，正半周幅度将出现较严重的失真。 当接上自举电容 C3 后，在放大音频信号负半周时，F 点电位很低，这时电源电流通 过 R6 对 C3 充电，当放大音频信号正半周时，F 点电位上抬升，那么 C3 负端电位也上升，
V C V C C R 2 R R 1 3 C R Q 2 T 1
T
Q
NPN
C
3DD15
2
R
Q
3
Speaker
4
2
S
p
e
a
k
e
Q
1
PNP
Q
NPN
Q
1
图 5-2-1
AB 类推挽功放基本电路
3DG12
图 5-2-2 B 类功放基本电路
如果在上图中，Q2 和 Q3 的基极加入偏置电路，使它们在静态时处于微导通状态，对 于硅三极管，Q2 和 Q3 的基极压差大约 1.2V~1.4V 左右，当输入音频信号时，Q2 和 Q3 即 能进入放大状态而消除了交越失真。
74
喇叭电流从 R2 下端线地线流至 C7 负端时， 因地线存在电阻而产生压降， 喇叭电流是交流 信号，则相当向 R2 下端加入了一个交流信号，这个交流信号再进入 Q1 放大，同样的也 可能引起电路自激振荡而无法工作。 总之：以电源退耦（滤波）电容 C7 负端处为中心，所有单元的地线均各自单独一根 地线连至电源退耦（滤波）电容负端处，即星状分布，不同单元地线不可共用一根地线。 五、电路的调试与测试 焊接好的电路板和接线如图 5-2-6 所示，输出接示波器，并接上喇叭，电源正极线串 入电流表，以便测试静态电流。
71
3DD15
3
0.47Ω
r
AB 类功放，又分变压器推挽、OTL、OCL 功放，变压器推挽一般适用于广播功放，广 播功放至喇叭的线路通常较远，为降低线损，通常要对广播功放输出进行升压，这个推挽 变压器同时可作为升压变压器用，在用户终端处，也常接一下降压变压器，再接到喇叭， 与高压输电原理相同。变压器推挽功放基本电路如图 5-2-2 所示。 图 5-2-2 的 Q1 为电压推挽级放大， Q1 为 A 类放大， 放大的信号经输入变压器 T1 降压 和阻抗匹配，因为 Q1 为共射放大，输出阻抗比较大，输入变压器的左边线圈匝数多，阻 抗高，能与 Q1 共射放大电路形式匹配。输入变压器的右边线圈匝数少，且有中间抽头， T1 次级线圈匝数少，输出电压低，但输出电流变大，即输出阻抗变小，便于推动后级功放 管 Q2 和 Q3。静态时，R2、R3 作为 Q2、Q3 的基极偏置电阻，使 Q2、Q3 基极正向偏置约 在 0.6V~0.7V 左右而处于微导通状态，当音频信号到来时即进入放大状态，即电路为 AB 类放大。当 T1 输出上正下负时，Q2 基极电位上升而导通放大，Q3 基极电位下降截止，同 理当 T1 输出上负下正时，Q3 基极电位上升而导通放大，Q2 基极电位下降截止，Q2 和 Q3 各放大半周波形，最后经输出变压器 T2 合成全波。由于 Q2 和 Q3 为共射放大电路，其输 出阻抗较大，经 T2 输出变压器后，不同的初次级匝数比，可适应不同阻抗的喇叭。 四、小功率 OTL 音频功率放大器
72
Ω
8
5
Speaker
4Ω~8Ω
F
位也上升，通过负反馈电阻 R5 使 Q1 的射极电位上升，最后也引起 Q1 集电极电位上升， 从而达到静态工作点稳定目的。那么改变 RP2 电阻，即可改变输出点 A 静态电位的目的， 一般情况下，A 点电位值应为功放供电电源电压的一半，即 6V。 R1 和 C8 是退耦电路，可减小未级电路对 Q1 的干扰。 R4 和 R5 电阻值的比值决定功放电压放大倍数，为电压串联负反馈电路，等效电路如 图 5-2-4 所示。
73
由于电容两端电位不能突变，则 C3 电容正端电位也同时上升，可能超过电源电压值 12V， 则 R7 两端电位差基本不变，也即 Q3 基极能得到充沛的电流，正半周信号幅度将不会被 限制，放大波形输出基本不失真。 C9 是中和电容，可防止电路高频自激。 3、未级功率放大电路 未级功率放大电路主要由 Q3、Q4 及其外围元件组成，在静态时，F 点电位应为 6V， D 点电位约为 6.6V，E 点电位约为 5.4V。 当放大正半周音频信号时，E 点电位从 5.4V 开始上升，Q4 将截止，D 点电位从 6.6V 开始上升，Q3 从微导通状态进入放大状态，Q3 为射极跟随器电路形式，放大了电流，输 出正半周音频信号，C4 电容充电，正电荷充向 C4 的正极，负电荷从电源地线经喇叭充向 C4 的负极。 当放大负半周音频信号时，D 点电位从 6.6V 开始下降，Q3 将截止，E 点电位从 5.4V 开始下降，Q4 从微导通状态进入放大状态，Q4 也为射极跟随器电路形式，放大电流，输 出负半周音频信号，C4 电容放电，C4 正电荷通过 Q4 流向地线放电，C4 负电荷经喇叭流 向地线，与正电荷中和，显然在一个正弦波周期内，正半周与负半周通过喇叭的电流是相 反的，而发出声音。 C5 和 R8 构成阻容吸收电路，可防止功放电路高频自激。功放电路在工作时虽然主要 是放大有用的音频信号，但电路不可避免地产生许多无用的杂散信号，产生杂散信号原因 有： （1）晶体管本身为非线性元件，在放大信号时，会自然加入许多的高次谐波； （2）电 路元件和电路引线会感应环境电磁波而产生杂散信号； （3） 电源引线混入的杂散信号； （4） 电路元件本身因热噪声产生杂散信号。以上信号中的高频信号影响最大，高频杂散信号经 功放电路放大后从 F 端输出，F 端连有多根引线，这些引线相当于发射天线，向周围发射， 发射的高频杂散信号又被 Q1 等前级元件感应吸收，高频杂散信号也可以经电源供应引线 进入 Q1 电路，重新进入功放放大，可能进一步增强高频杂散信号，从而恶性循环，引起 高频自激振荡，功放管可能会严重发热而烧毁。 由于电容具有通高频阻低频有特性，对于从 F 点输出的高频杂散信号，C5 相当于短 路，高频杂散信号电流流经 R8，将以热能方式被消耗掉，降低了高频自激振荡机会，喇 叭为感性元件，高频杂散信号难以通过喇叭。 功放电路自激振荡还有常见的原因是：电源退耦不良，如 C6、C7 和 C8 未接上；电 路地线分布不合理；12V 电源至未级功放的引线较长，如超过 10CM 以上，则这根引线存 在较大的电感、电容、电阻等电路分布参数，当功放电路工作时，如果电源不退耦，则 Q3 上的电源电压是随信号变化的，相当于向电源加入了一个交流信号，这个交流信号将 混入电路，特别是混入前级电路放大，同样的也可能会引起电路自激振荡。 功放电路地线分布不合理也会引起电路自激振荡，在焊接电路时，电源引线正极应直 接连至 C7 正端，C6 和 C7 应靠近接，C6 和 C7 负端应直接与 Q4 的集电极相连，R8 下端 也应直接连在 C7 负端上，喇叭负端应直接连在 C7 负端上，喇叭负端引线不可连在 R2 或 R3 的下端。RP1、R2 和 R3 的下端、C2 负端相连后独自一条引线连至 C7 负端处，Q2 射 极也同理独自一条引线连至 C7 负端处，如果喇叭负端线连到 R2 下端时，喇叭电流较大，