全对称OCL扩音机是目前比较完善的功率放大电路。所谓“全对称”,就是把差动输入放大、激励、功率输出等各部分电路都搞成互补对称形式,充分发挥了PNP型和NPN型晶体管能互补工作的优点。这种全对称电路比普通OCL电路稳定性更好,保真度更佳。并且由于对称性好,这类电路在开、关电源时是“安静”的,功率输出管和扬声器所受到的电流冲击很弱。
这种电路的输出级也有全互补和准互补之分。准互补的输出级不需采用专门的PNP—NPN异极性配对大功率管,目前较适合业余爱好者装制。
电路介绍
图1便是一种容易装制的全对称OCL电路,其功率输出管用普通的高反压大功率管按准互补方式复合。电路的主要性能如下:额定输出功率40瓦,最大输出功率大于65瓦,频响3赫~80千赫+0-1分贝,信噪比优于90分贝,在音频范围内输出额定功率时的谐波失真在0.1%左右,电路对于2O赫到20千赫的方波信号均有良好响应。

全对称OCL电路的工作原理和设计方法跟普通OCL电路的对应部分相同,这里便不介绍了。图1中的BG\(_{1}\)和BG2构成PNP的差动输入级,BG\(_{3}\)是它的恒流源。BG4和BG\(_{5}\)组成NPN的差动输入级,BG6是它的恒流源。这两组差动电路互补对称,信号从BG\(_{1}\)、BG4的基极输入,负反馈则加到BG\(_{2}\)、BG5的基极上。输入信号经BG\(_{1}\)、BG4互补推挽放大后,在其集电极分别输出,并送往BG\(_{8}\)、BG7作单端推挽放大。经它们放大后的激励信号直接送给BG\(_{1}\)0、BG12和BG\(_{11}\)、BG13这两组准互补复合管,由它们共同完成功率输出任务。BG\(_{9}\)为功率输出级各晶体管提供静态偏置,改变(W2+R\(_{19}\))与R18的分压比,便使BG\(_{9}\)c—e间的电压发生变化,也就能调整输出级晶体管的静态工作点。
为了改善放大器的瞬态指标,图1全部采用截止频率较高的硅晶体管,并在设计时把着眼点放在搞好电路的开环性能上。该电路的开环增益约50分贝,反馈深度不到30分贝,开环时的谐波失真在2%以内(输出40瓦)。此外,该电路还采取了如下措施:①每一级都施加局部负反馈(R\(_{3}\)、R4、R\(_{5}\)、R6、R\(_{2}\)0、R21、R\(_{29}\)、R31均为反馈电阻);②激励级(BG\(_{7}\)、BG8)用大功率管工作于较大电流;③负反馈电路采用超前补偿(C\(_{6}\))等措施,以降低瞬态互调失真。
与普通OCL电路不同,全对称OCL电路两对差动放大管的基极对地电压均为零伏,所以C\(_{1}\)要用独石、纸介等无极性电容器,或者象C5那样,用两只电解电容器反极性串联使用。C\(_{2}\)的作用是抑制外来的无线电干扰和脉冲干扰。C3和C\(_{4}\)可防止通过电源而诱发的自激振荡。R12、R\(_{15}\)是保险电阻,万一BG3或BG\(_{6}\)击穿损坏时,R12、R\(_{15}\)能使差动放大级勉强维持工作,防止累及其他晶体管跟着损坏。
恒流源的原理见图3。图中作正向串联的二极管D\(_{1}\)、D2是作稳压管用的,它两端的电压U\(_{d}\)恒定了,流入三极管的基极电流Ib也就确定。从晶体管的输出特性曲线可知,只要I\(_{b}\)确定,其集电极电流Ic便有对应的确定值,几乎不受集电极电压变化的影响,因而称作“恒流”。恒流源具有很大的动态电阻,我们用它来做差动放大管的发射极电阻,能有效地抑制差动放大级温度漂移带来的影响,从而提高了整个OCL电路的直流稳定性,并能减弱电源电压波动对电路工作点的影响。

对2CP型管来说,I\(_{d}\)应有5~10毫安,此时每只二极管的正向压降为0.6~0.8伏,两只二极管的正向压降就为Ud=2×(0.6~0.8)=1.2~1.6伏。根据上述情况,可计算出图3中各元件的数值。例如。R\(_{d}\)≈(Ec-U\(_{d}\))/Id,R\(_{e}\)≈(Ud-U\(_{be}\))/Ic。当BG为硅管时,U\(_{be}\)≈0.6伏;BG为锗管时,Ube≈0.15伏。因此,只要I\(_{C}\)确定了,Re也就确定了。反过来,调整R\(_{e}\),也可以调整Ie的大小,亦即调整了恒流源I\(_{C}\)的大小。该电等于两只差动放大管发射极电流之和。选择合适的Rd,可使D\(_{1}\)、D2获得稳压所需的I\(_{d}\)。
把图1的功率放大部分按图4改变一下,就成为完全对称的OCL电路了。该电路的晶体管按全互补方式复合,能克服准互补电路输出级总不能完全对称的缺点,其性能比图1更佳。这里采用的PNP型大功率硅管是上海无线电二十九厂及佛山半导体器件厂的新产品。CD10的P\(_{cm}\)=20瓦,Icm=1.5安;CD50的P\(_{cm}\)=50瓦,Icm=5安。它们分别能与3DD100和3DD101型NPN大功率管配对使用。

按图1电路生产的扩音机,输出中点的直流失调电压能始终保持在±0.05伏以内,并且能在范围很宽的电源电压下工作。我们做过试验,把交流供电电压从220V一直升高到260伏或降低到只有40伏,该电路都能使用。只要供电电压在160伏以上,扩音机就保证有额定功率输出。这种适应性使之能在电网电压波动大的地方使用。此外,全对称电路还有一个突出的优点:当某种原因使正、负电源失去平衡,或者有一边断电时,电路输出中点的直流电压仍能稳定在0伏附近,既不会烧毁扬声器,也不会烧毁晶体管。
安装与调整
图2印刷电路板对图1和图4电路都适用。按图4装制时只需用导线把图2中R\(_{26}\)短路即可。电位器W1和W\(_{2}\)装在电路板顶部的L型铝板上,不用W1、W\(_{2}\)时,该铝板可省去。大功率晶体管BG12、BG\(_{13}\)以及R23、R\(_{28}\)、R29、R\(_{3}\)031都安装在散热器上。散热器的大小视放大器输出功率及通风情况而定。当P\(_{omax}\)为65W时,可用SRZ—203型叉指型散热器,或用面积400cm\(^{2}\)厚4mm的铝板弯制。如Pomax不大,利用扩音机的铝制底盘兼做散热器也可以,此时晶体管与底盘间要垫一层聚酯薄膜或云母片绝缘。

由于全对称OCL电路里的晶体管都是直接耦合,只要其中一只晶体管质量不好,就会影响其他晶体管也不能正常工作,甚至损坏。因此,在安装前一定要仔细检测所用晶体管的质量。有关各级晶体管的具体要求,可参考本刊1979年第4、5期《OCL电路的简易设计》一文。需补充的是:因为电路要求全对称,所以各对应互补管均应按电流放大系数的大小尽量选配成对。即BG\(_{1}\)、BG2与BG\(_{4}\)、BG5,BG\(_{3}\)与BG6,BG\(_{7}\)与BG8,BG\(_{1}\)0与BG11,BG\(_{12}\)与BG13配对。
在业余条件下初次装制,可按下列步骤调试:
1.检查电源部分。正、负电源的电压应相等,空载时的电压会比满载时高5%~10%。
2.在放大器的输出端接上负载电阻,用万用表检查负载两端的直流电压U\(_{0}\),正常时应在0伏附近。如该电压失调超过±0.1伏,但超出不多,可调R11或R\(_{16}\),使之降为零。设U0为正,应减小R\(_{11}\)或增大R16;若U\(_{0}\)为负,应增大R11或减小R\(_{16}\)。原理如下:R11↓→I\(_{C3}\)↑→IC1↑→I\(_{C8}\)↑→UC8↓→U\(_{0}\)↓。其余类推。
3.调W\(_{2}\),使无信号时BG12、BG\(_{13}\)的集电极电流为15~50毫安,此时对应的BG10、BG\(_{11}\)的两基极间电压UB为1.65~1.8伏。该电压可在R\(_{23}\)两端测得。调好后,W2可用固定电阻代替。如果调W\(_{2}\)时输出级的工作点无明显变化,便是BG9的h\(_{FE}\)太低或结电阻太大,需更换。
4.输入音频信号,测量放大器输出功率。如放大器输出功率不够,常是电源电压低、BG\(_{12}\)、BG13饱和压降大所引起。另外,电源变压器容量不足或滤波电解电容器干枯,也会使输出最大功率时E\(_{C}\)下跌过多。
5.调节W\(_{2}\)使增益满足要求。如再想提高增益,可减小R17。W\(_{2}\)调好后,可用固定电阻代替。
6.该电路的低频下限由C\(_{1}\)及C5决定,高频上限则取决于C\(_{6}\)及大功率管的截止频率。电路频响不好时,可检查这些元件。
7.如输出信号失真大,多为功率输出部分的晶体管不对称所致,可拆下检查更换之。有时电路出现高频自激,也会使声音沙哑,调整C\(_{6}\)便可克服。
8.最后,还可检查一下电路的开环性能。办法是:用导线临时把W\(_{1}\)及R17短接,使放大器基本失去交流负反馈,并在此情况下测量它的各项性能。只有开环特性好的放大器才有良好的音质。否则,即使闭环指标甚佳,也不过是深度的负反馈把电路存在的问题掩盖起来罢了,它的瞬态互调失真必定严重,这样的放大器还不能算做高保真放大器。这时我们就要针对电路开环时暴露的问题,参照上述处理办法,把开环特性调整好。
假如放大器装好后不能工作,或输出端直流失调电压很大,调整无效,便说明电路连接有错误或所用元件有严重的质量问题。这时可按下列步骤逐级调整:
1.拆去BG\(_{7}\)、BG8,单独调整差动放大级。先检查差动级各晶体管的工作电压、电流。BG\(_{1}\)、BG2、BG\(_{4}\)、BG5的工作电流可用分别量取R\(_{3}\)、R4、R\(_{5}\)、R6上的电压,然后除以相对应的阻值算得,正常值为0.6~1毫安,各管大致相等。由于有恒流源,该电流值应与E\(_{C}\)的高低关系不大。调整R11、R\(_{16}\),恒流源的电流便改变,亦即调整了差动放大管的工作电流。如果同极性的差动对里两个晶体管的电流不等,相差一倍以上,便说明这对晶体管很不对称,应予更换。另外,由于差动放大级里PNP、NPN型管混用,电路板上线路密集交错,初学者试装时常会发生晶体管装错位置和电路板碰线的情况,应加注意。
2.调好差动放大级后,焊回BG\(_{7}\)、BG8。如电路仍不正常,可把BG\(_{1}\)0、BG11拆下,并临时用导线把BG\(_{7}\)、BG8两管的集电极短接,再加6.8千欧电阻通地。此时测量BG\(_{7}\)、BG8的集电极对地电压,应在0伏附近。由于失去直流负反馈,该电压来回漂移是正常的,但如偏离±3伏以上,便要调整R\(_{2}\)0或R21,使该电压回零。若调整无效,说明BG\(_{7}\)、BG8的质量有问题,需检查更换之。
3.拆去上面加焊的东西,焊回BG\(_{1}\)0、BG11。如BG\(_{1}\)0~13的质量没问题,放大器就能工作。否则便是BG10~13的耐压不足或反向电流太大,应予更换。
初学者如对调试没把握,怕损坏元件,也可把电源电压降低到额定值的一半左右,先对放大器预调一次,待正常后再把电源电压升回额定值复调。电路调好以后,可拆去负载电阻,换接上扬声器试听。(李应楷)