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為什么OTL電路中不能隨意省去自舉電路

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現(xiàn)在網(wǎng)上流傳的一些OTL功率放大電路省去了自舉電路,甚至一些商業(yè)套件中也這樣做,實(shí)際上這樣的電路是存在很大缺陷的,甚至是幾乎不能用的。下圖是一個(gè)省去了自舉電路的OTL電路(來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))。
為了分析方便,給電路中的元件加上如下標(biāo)識(shí):
C1:47μ
C2:1000μ
R1:5.6k
R2:1.5k
R3:470Ω
R4:22Ω
R5/R6:3.3Ω(2只)
VD1/VD2:1N4148(2只)
VT1:9014
VT2:8050
VT3:8550
其中VT2和VT3組成推挽輸出互補(bǔ)管(以下簡(jiǎn)稱推挽管),VT1是推動(dòng)管。分析電路時(shí),為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),忽略穩(wěn)定工作點(diǎn)的元件以及VT2/VT3的偏置電路元件,因此R4、R5、R6、VD1和VD2都暫時(shí)忽略。
電路中,VT2和VT3的集電極交流接地,輸出連接到VT2和VT3的發(fā)射極上,顯然推挽管工作于共集電極電路(射極跟隨器)狀態(tài),因此推挽管只有電流放大作用,沒(méi)有電壓放大作用,輸出電壓變化幅度完全取決于推挽管基極電壓變化幅度,也就是推動(dòng)管VT1集電極電壓變化幅度。
設(shè)電源電壓為VCC,由于OTL電路中點(diǎn)電壓的限制,推動(dòng)管VT1的靜態(tài)集電極電壓只能是VCC/2,輸入信號(hào)正半周時(shí),推動(dòng)管vCE下降,如果輸入信號(hào)正半周幅度足夠大,推動(dòng)管趨向于飽和,vCE接近0,于是VT1集電極電壓也接近0,VT3得到充分激勵(lì),負(fù)載上得到足夠幅度的輸出。
輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí),推動(dòng)管vCE上升,如果輸入信號(hào)負(fù)半周幅度足夠大,推動(dòng)管趨向于截止,由于VT2的基極電流要流經(jīng)推動(dòng)管負(fù)載電阻R3,因此R3上總有一定的壓降,即使VT1趨向于截止,VT1集電極電壓受到R3上壓降的限制,不可能接近VCC,VT2得不到充分激勵(lì),負(fù)載上得不到足夠幅度的輸出。
因此,這個(gè)OTL電路中,推挽管VT2和VT3的激勵(lì)是不平衡的,VT3能得到充分激勵(lì),VT2卻得不到充分激勵(lì),嚴(yán)重限制了OTL功率放大電路性能的發(fā)揮。這個(gè)電路在實(shí)際應(yīng)用中,輸出功率大一點(diǎn)就容易發(fā)生削波,嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)霈F(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)發(fā)聲的現(xiàn)象。
為了解決VT2和VT3激勵(lì)不平衡的問(wèn)題,可以有以下幾種解決問(wèn)題的思路:
1、盡量減小推動(dòng)管負(fù)載電阻R3的阻值,使得R3上的壓降減小,進(jìn)而使得VT2盡量得到充分激勵(lì)。但推動(dòng)管負(fù)載電阻R3本來(lái)就會(huì)消耗一定的推動(dòng)功率,如果減小R3的阻值會(huì)導(dǎo)致R3消耗更多的推動(dòng)功率,也會(huì)降低OTL功率放大電路的性能,因此這不是一種好的思路。
2、將VT1單管推動(dòng)電路換成輸出電壓幅度能在接近0到接近VCC之間擺動(dòng)的推動(dòng)電路。使用運(yùn)算放大器推動(dòng)的OTL電路(包括使用運(yùn)算放大器推動(dòng)的OCL電路)屬于這種思路,目前應(yīng)用較為廣泛。
3、將推動(dòng)管負(fù)載電阻R3更換為恒流源,恒流源在流過(guò)VT1集電極電流和VT2基極電流的同時(shí),自身的壓降可以很小,這樣使得VT1集電極電壓可以在接近0到接近VCC之間擺動(dòng),VT2和VT3的激勵(lì)自然就平衡了,同時(shí)恒流源的交流電阻接近無(wú)窮大,基本不消耗推動(dòng)功率。集成功放中基本都使用這種思路。
4、將R3上端連接到一個(gè)比VCC電壓更高的電源上,這樣即使有R3上的壓降,VT1集電極電壓還是可以接近VCC,VT2即可得到充分激勵(lì)。自舉就屬于這種思路。
因此,OTL電路中的自舉電路是不能隨意省去的,自舉對(duì)于平衡推挽管的激勵(lì)有著重要作用。如果一定要取消自舉電路,對(duì)于分立元件組成的OTL電路,可以用恒流源取代推動(dòng)管負(fù)載電阻,恒流源可以用恒流二極管(適用于電源電壓較高的情況),也可以用晶體管和穩(wěn)壓管組成恒流源(通用性較好)。
實(shí)際上,對(duì)于前述電路,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單自舉非常容易,根本無(wú)需添加任何元件,方法如下:
1、將C2極性反接;
2、將揚(yáng)聲器接地的一端改接電源正極;
3、將R3接電源正極的一端改接到揚(yáng)聲器另一端(即C2正極)。
這樣,C2和揚(yáng)聲器就同時(shí)兼作自舉電容和自舉電阻。
最后,換一個(gè)角度分析自舉電路的作用。推挽管工作于射極跟隨器狀態(tài),射極跟隨器相當(dāng)于引入了強(qiáng)烈的電壓負(fù)反饋,功率增益較低,推動(dòng)管負(fù)載電阻又白白消耗了推動(dòng)功率,因此OTL電路的增益更低,為了提高OTL電路的增益,可以有以下兩種思路:
1、引入自舉,自舉實(shí)際相當(dāng)于一種正反饋,部分抵消射極跟隨器本身的負(fù)反饋,實(shí)際將推挽管的工作狀態(tài)變成了共發(fā)射極工作狀態(tài),提高了增益。
2、將推動(dòng)管負(fù)載電阻更換為恒流源,恒流源的交流電阻接近無(wú)窮大,基本不消耗推動(dòng)功率,這樣推動(dòng)功率就基本全部用來(lái)推動(dòng)推挽管,同樣可以提高增益。

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自舉電路

自舉電路

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自舉電路

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沙發(fā)
ID:981034 發(fā)表于 2021-12-13 11:17 | 只看該作者
回到基礎(chǔ)理論,射極輸出器,要達(dá)到電源擺幅,基極電壓必須比集電極電壓高很多
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板凳
ID:237574 發(fā)表于 2022-3-12 20:26 | 只看該作者
現(xiàn)代晶體管增益足夠大,末級(jí)純互補(bǔ)的可以輕松去掉自舉電容。
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