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分立元件OCL功率放大电路原理分析

分立元件OCL功率放大电路原理分析

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  (2)实际OCL功率放大电路分析
  
  1)准互补输出形式的单端推挽OCL功率放大电路图2是典型的准互补输出形式的单端推挽功率放大电路。该电路采用正、负对称电源和差分输入放大等措施,使输出端的直流电压为Ov,以便放大器与扬声器直接耦合。电路分为三级,Ql、Q2组成差分输入放大级,R3是发射极公共电阻;激励级是由一只PNP型管(Q3)组成的共发射极放大电路;Q4-Q7组成复合“准互补”推挽功率输出级,其中Q4、Q5为推动管,Q6、Q7为功放管,两个功放管为同极性的NPN型管。

  Q3的集电极输出端接有NPN型的Q4和PNP型的Q5(中间经过R4和Dl),利用不同类型晶体管的互补作用,实现推挽放大所需的“倒相”要求。Q4与大功率管Q6接成NPN型复合管,Q5与大功率管Q7接成PNP型复合管。由它们共同完成接近乙类的准互补对称单端推挽功率放大任务。Q3集电极负载电阻R5、R4和二极管Dl组成推挽放大偏置电路。Rl是Q1的偏置电阻。

  Rll既是Q2的偏置电阻,又是交直流负反馈电阻。

  信号流程:从前级来的音频信号从Vi端输入后,经耦合电容Cl加到差分放大管Ql的基极;差分输入级的另一臂(即Q2的基极)引入输出级的负反馈信号。经Ql、Q2差分放大后的信号由Ql集电极直接耦合到激励三极管Q3基极,进行激励放大后也直接耦合到电流放大级。从Q3集电极取出的信号分为两路:一路直接送互补对称放大电路的上臂(由Q4、Q6组成的)NPN型复合管的基极(Q4基极),当信号为正半周时,NPN型复合管导通,输出电流经正电源、Q6、扬声器到地,当信号为负半周时,NPN复合管截止;另一路经R4、Dl(二极管Dl在导通状态,其内阻很小,对交流信号的传递几乎无影响)送互补对称放大电路的下臂PNP型复合管(由Q5、Q7组成的)的基极(Q5基极),当信号为负正半周时.PNP型复合管导通,电流经地、扬声器、Q7到负电源,当信号为正半周时.PNP复合管截止这样,两只功放管一推一挽地工作,在输出端合成完整的音频信号,驱动扬声器发声。

  为提高整个放大器的稳定性、减小谐波失真、降低放大器的动态输出阻抗,还从末级的输出中点取出负反馈电压,经由R11、R12、C4构成的反馈网络馈入差分输入级的一臂(Q2基极),其直流负反馈是由输出中点电压经Rll直接加至Q2基极的;而交流负反馈电压则经Rll、R12分压(C4对交流而言视为短路)后加到Q2基极,这个交流负反馈电压的大小,决定着放大电路的增益(放大倍数)。

  C2、C3为防振电容,用来抑制放大器可能出现的高频自激。C2、C3分别是Q3、Q5的中和电容(负反馈电容,也叫滞后补偿电容),可降低Q3、Q5的高频增益,破坏自激的幅值条件。

  2)带温度补偿的OCL功率放大电路下图是飞达牌F-9603功放的右声道功率放大电路,音乐输出功率为300W(8Ω)。

  该功率放大电路由10个晶体管组成:

  Ql、Q2组成差动放大输入级.Q5是激励级,Q6组成偏置电路.Q7、Q9、Q8、Ql0组成复合互补输出级。

  在差分输入放大电路的输入端,Rl、R2、C2组成了低通滤波电路,用于滤除音频范围以外的高频信号,提高电路的稳定性,抑制电路的高频噪声和自激。在Ql、Q2的发射极引入了电流负反馈电阻(合用一个电位器Wl).以扩大输入级的有效输入电压范围;差分输入放大器的发射极公共电阻改成了由Q3、R6、Dl、D2组成的恒流源电路,以使电路更加稳定。Q3是恒漉三极管,Dl、D2为恒流管的基极提供偏置基准电压。R5是保险电阻,万一恒流源晶体管击穿短路,可使差动放大级维持工作;R3、R4是Ql、Q2的集电极负载电阻,R3兼作激励管Q5的基极偏置电阻。

  激励级Q5采用恒流源负载的放大器,以保证放大电路的增益和线性。Q4、R9、Rl0、D3、D4组成Q5集电极的恒流源负载.为激励级的稳定工作提供条件,同时对稳定输出级的静态工作点也起了很大的作用。

  因为该电路的输出功率较大,所以需要进行温度检测和补偿,以纠正因温度变化引起的静态工作点偏移。Q6与R14、W2、R15组成具有温度补偿功能的恒压偏置电路。利用激励管Q5的集电极电流在上述元件上形成的电压降,为Q7、Q8,也为Q9、Ql0提供适当的基极偏置,大大降低放大器的交越失真。在一般情况下,输出级所需的偏置电压(从Q6集电极与发射极两端测得)为2.1V左右。本电路利用Q6正向导通时的稳压作用,使输出级得到较稳定的偏置电压;同时,还利用三极管的温敏特性,将Q6与功放管一起安装在散热器上,对功放管的温度变化进行监测和补偿,使偏置电压得到适当的温度补偿,保证电路稳定地工作。调节W2,就可调节功放管的偏置电压,使它工作在甲类、甲乙类、乙类工作状态,本电路工作在甲乙类工作状态。

  信号流程:从前级来的右声道的信号,经Cl、R2送Ql、Q2组成的差分输入放大器放大后从Ql的集成极取出,送激励级三极管Q5进行激励放大。从Q5集电极取出的信号,分为两路;一路直接送互补对称放大电路的上臂(由Q7、Q9组成的)NPN型复合管的基极(Q7基极),当信号为正半周时,NPN型复合管导通,输出电流经正电源、Q9、扬声器到地,当信号为负半周时,NPN复合管截止;另一路经Q6送互补对称放大电路的下臂(由Q8、Ql0组成的)PNP型复合管的基极(Q8基极),当信号为负半周时,PNP型复合管导通,电流经地、扬声器、Qlo到负电源,当信号为正半周时,PNP复合管截止。这样,两只功率管一推一挽地工作,在输出端合成完整的音频信号,驱动扬声器发声。

  本电路的级间直流负反馈从输出端通过Rll(C6对直流等于开路)加到Q2基极上,反馈量很大,再加上差动放大器本身的高稳定性,保证了整个放大器的稳定工作。

  而音频交流信号的级间负反馈则经R11、R12分压后(C6的容量较大,对于反馈过来的音频信号相当于通路)加到Q2基极上,使功率放大电路获得稳定的增益,性能也得到改善。调整Rll可改变反馈量,达到调整增益的目的。

  C2、C3、C8、C9为防振电容,用来防止自激振荡。其中,C2为限制输入信号的通频带,让有用的音频信号通过,旁路无用的音频范围以外的高频信号,抑制高频杂波;C3、C8、C9分别是Q1、Q7、Q8的中和电容。

  放大器输出端增加了一个与扬声器串联的小电感L1,其作用一是抵偿扬声器导线的分布电容,提高放大器的高频稳定性,二是防止信号变化时出现较高的瞬时电压,抑制尖峰杂波,改善输出信号的幅频特性。

  电阻R20、电容Cl0组成容性负载,成为扬声器阻抗补偿电路,用以抵偿扬声器的感抗成分,使放大器的负载较接近于纯电阻,放大器工作稳定,不易自激,输出级晶体管不易出现过电压,运行比较安。



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  3)全对称式OCL功率放大电路
  
  下图是中宝(ZBO)KB-18A功放的右声道功率放大电路。

  该功放采用全对称式OCL电路,使功率放大器的性能得到了进一步的提高。它除了采用复合管、恒压/温度补偿等措施外,还把OCL电路里的差分输入、激励、功率放大三级电路都设计成互补对称形式,充分发挥了NPN型和PNP型三极管能够互补工作的优点,让信号从输入到输出均处于推挽放大之中,使电路获得了很好的稳定性和保真度。

  电路中,Q3、Q4构成NPN差分放大器,Ql、Q2构成PNP差分放大器,它们共同组成互补对称的差分输入放大级。R32~R40组成输入级的偏置电路,其中R35~R38为各管发射极的电流负反馈电阻;Q5、Q6分别为其恒流源,用来稳定工作点,保证电路-工作的稳定。R33、R34,R39、R40为差分管的集电极负载电阻。

  Q7、Q6构成单端推挽电压放大级,并作为功率放大级的激励级,提供足够的电压增益。

  Ql0、Qll为功率放大的推动管,Ql0与Q13组成NPN复合管.Qll与Q12组成PNP复合管,以获得高放大倍数,这两组复合管构成功率输出级。

  Q9、R48、W2、R49组成输出级的基极恒压偏置电路,为输出级提供适当的偏置电压。调节W2,可以调整功放管的静态工作点,即可以使功率管工作在甲类、甲乙类、乙类工作状态,本电路工作在甲乙类啊作状态。另外,还利用三极管的温度特性,把Q9安装在功放管旁,使偏置电压得到适当的温度补偿,保证电路稳定地工作。

  R41、R42和C36、C37构成负反馈电路,决定整机的闭环增益。C37为交流负反馈提供通路;C36接在反馈电阻R41两端,是相位补偿电容,用来超前补偿,以抑制I乜路自激振荡。

  C32用于限制输入信号的通频带,旁路无用的音频范围以外的高频信号,抑制高频杂波。C35、C33分别跨接在Q7、Q8的c、b极间,是消振电容(也称中和电容),用来抑制电路振荡、进行相位补偿,以消除高频自激振荡。R57、C38组成扬声器阻抗补偿电路,用以抵偿扬声器的感抗成分,使放大器的负载接近纯电阻,保证放大器稳定地工作。

  信号流程:当输入的音频信号处于“正半周”时,Q3导通、Ql截止,“正半周”信号经Q3、Q4差分放大后,从Q3集电极直接耦合给Q7的基饭,经Q7放大到足够的幅度,激励Qlo和Q13输出正半周的功率信号。同理,当输入的爵频信号处于“负半周”时,Ql导通、Q3截止,“负半周”信号经Ql、Q2.Q8放大,激励Qll和Q12输出负半周的功率信号。级问直流负反馈从输出端通过R41反馈到Q4,Q2的基极;交流负反馈则从输出端通过R41和R42分压后,再反馈给Q2、Q4基极。



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