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由RC耦合型式组成的单端推挽输出级基本电路

由RC耦合型式组成的单端推挽输出级基本电路

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  和双极型晶体管相对应的是UHCMOS FET(以下简称功率型场效应管)的P沟道和N淘道两种不同的导电极性,可以组成对称的互补推挽电路,只要选用两类特性相近的互补对管即可组成o-CL或OTL推挽输出级,而无需倒相电路。
  
  针对以上功率场效应管的特点,由RC耦合型式组成的单端推挽输出级的基本电路见下图所示。首先MOS FET有较高的输入阻抗,同时栅极无驱动电流,因此给RC耦台驱动方式提供了可能。即使采用图示的偏置电路,输出级的输入阻抗也近似为偏压电阻R2、R1的并联值。由于栅极无电流,Rl、R2只是分压,本身取值也较大,自然给Re耦合提供了便利。结果使输出级直流电路完全独立,和前级无关。基本参考电路见下图。在此输出级中直流供电电压的选取和选用的MOS FET以及输出功率有关,原则和普通OCL放大器相.同,区别只是偏置电路。该偏置电路中,上偏置电阻R1、R2和共同的下偏置电路RV、R3给TR1、TR2提供的不是电流,而是栅极偏压,TR2的栅极偏压对源极为正,TR3的栅极偏压对源极为负,构成对称的偏压供给电路。从理论上讲,TR2、TR3栅极无电流,为了使栅极得到设定的偏压,Rl、R2、RV可以采用绝对值较大的电阻,但阻值过大涉及由栅极泄漏电流引起的稳定性变差,因此往往采用图示的折中值。当±VCC被视为内阻为零时,TR2、TR3输入阻抗为上下偏置电阻的并联值,为了避免此输入电阻过小而增加前级负载的分流,一般选择并联值为5kΩ—lOkΩ.此阻值也即为输出级的输入电阻。即使如此,MOS FET输出级实际输入阻抗远高于双极型晶体管SEPP电路。
  
  虽然功率型场效应管的沟道电流具有负温度系数特性,但是其漏一源极之间的反向漏电流却为正温度系数。因此其负温度系数特性仅是在输入信号幅度较大时可以使ID随芯片温度上升而产生热击穿有所抑制,但对D~S极间漏电流却因其温度系数为正值而无效。当芯片温度升高时反向漏电流会恶性循环而增大,致使D-S极造成热击穿。显然此种热击穿并非由于驱动信号使ID幅度过大所致,祸首在于漏电流。MOS FET温度特性
  
  因此在此电路中必须使输出级两管有尽量小的反向漏电流,常见措施是对Vcc供电电压选择较低值,一般原则是±Vce绝对值在额定VDS值1/2以下。如果±Vce较高时,可以在输出管源极接入低阻值R6、R7,利用电流负反馈限制ID电流的恶性增大,但此法一则对输出功率影响较大,二则对音质也有影响。所以还是选择较低的供电电压同时加入TR1和RV、D组成的偏置温度补偿电路为妥。
  
  TR1、D和输出管TR2、TR3采用热耦合安装法,将TR1、D用铝皮固定到输出管散热器上,当输出级温度升高时,TR1、O电流增大,其端电压降低,将使输出级ID减小,防止热击穿。
  
  电路中R4、R5为改善频响而设,功率型MOS管,栅一源极电容FET功率增大而增大,如常见互补对管2SJ116/2SK298( 100w)输入电容为1050pF。如不加入R4、R5,由于前级驱动级的低输出阻抗,其初始充电电流极大,使驱动波形产生下陷失真,R4、R5也不宜过大,否则将导致驱动信号延迟,应通过FETCi慎重选择。
  
  由下图的输出级可组成最简单也是最基本的场效应管功放输出级。
  
  选择不同的静态工作偏压使其工作于A类或AB类放大状态,当采用稳压供电时,打开电源瞬间会有低于50mV的输出零点漂移电压,待几分钟后可达到低于10mV的程度。稳压供电加上述偏压稳定电路可满足零点漂移低于20mV的程度,必要时仍需加入扬声器保护电路。由功率型MOS FET特性可知,其理论上ID的截止点为最大ID值的1/10处,此时的栅一源极偏压VGS称为夹断电压VGS(OFF),如果B类输出,应将静态工作点选择在稍高于VGS(OFF)处以消除交越失真(实际工作状态处于AB类)。
  
  AB类放大的静态电流较小,因而在静态时总的漏一源极电流中漏电流所占比例较大,ID是正温度系数特性。当输入信号增大时致VDS控制有效电压升高时,沟道电流成正比增大,其负温度系数特性占有越来越大优势,反而使总ID电流有减小趋势,对输出管动态范围形成一定的压缩。为了补偿其负作用,应选择更大IDSS的输出管,同时应在使用中尽量减小管子安装中产生的热阻。无论正温度系数的漏电流还是负温度系数的沟道电流,其负面效应均源干管芯的温升,良好的散热条件是重要的,否则放大器难以稳定。
  
  根据大数法则得出的资料显示,所有功率型MOS FET有右图所示的温度特性。图中X轴为+VGS值,Y轴为+IDS(图示为增强型控制特性)。当VDS电压较低时(0以下位置),IDS也相应较小,此时曲线A(25aC时的IDS值)和日(芯片温度1500c时的IDS值)两点IDS之差为正值,表明此区段IDS温度系数为正。随末级输入信号增大至O点以后,IDS中沟道电流比例增大,B-A变成负值,成负温度系数。
  
  由此特点可知,当电路工作状态处Q点以下(如AB类静态),以防止漏电流的正温度系数形成热击穿为主导,进人0点以上大动态时反而可缓解漏电流的雪崩式击穿。

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