C-E倒相式OTL扩音机

🏠 首页 《无线电》杂志 1981年 🔗 第1期 🔗 第11页 分类:庆祝《无线电》创刊三十周年读者谈自学体会 🔗 唐远炎 🔗

C-E倒相式电路也是目前应用较多的一种OTL功放电路,它与一般互补对称电路相比有下述许多优点:

1.输出级两臂的晶体管采用导电极性相同的晶体管,或都用NPN型,或都用PNP型。一般说来,用型号完全相同的晶体管容易保证两管特性一致,既解决了输出管要求导电极性不同而使配对困难的矛盾,也克服了所选管子型号不同时,两臂晶体管特性不一致的缺点。

2.C-E倒相式电路调整简单。前后级可以分别调整,克服了前后级相互影响、调整困难的缺点。

3.C-E倒相式电路只用一只晶体管就能完成输出级激励信号的倒相工作。

工作原理

图1为原理图。图中BG\(_{2}\)和BG3为输出级,采用同极性的两只NPN型晶体管。R\(_{1}\)、R2和R\(_{3}\)、R4分别为BG\(_{2}\)和BG3的偏置电阻。BG\(_{1}\)是倒相激励级,工作于甲类放大状态,其射极输出信号经耦合电容Ce加至末级管BG\(_{3}\)的基、射之间;其集电极输出信号经电容Cc和C\(_{1}\)耦合,加到末级管BG2的基、射之间。图2为此电路的交流简化电路。C\(_{1}\)、C2、C\(_{c}\)、Ce以及电源对于交流信号来说都视为短路;偏流电阻R\(_{1}\)、R2、R\(_{3}\)、R4对交流信号的分流作用很小,忽略不计。从交流简化电路可见,BG\(_{1}\)输出的两个信号UA和U\(_{B}\)分别从Rc和R\(_{e}\)上取出,加在输出管BG2和BG\(_{3}\)的基极和射极之间。晶体管的集电极输出信号UA和发射极输出信号U\(_{B}\)正好是反相的,如果选取Re=R\(_{c}\),由于Ie≈I\(_{c}\),因此这两个信号的大小也是基本相等的,当BG1的基极输入一个正弦信号时,在正弦波的正半周,BG\(_{1}\)的射极输出信号UB为正,BG\(_{3}\)导通对UB进行放大。BG\(_{1}\)的集电极输出信号UA为负值,BG\(_{2}\)截止。反之,在输入正弦波负半周,UA为正,U\(_{B}\)为负,BG2导通,BG\(_{3}\)截止。这样一来,一个信号就被分为两个正负信号去推动BG2和BG\(_{3}\),在输出端的负载RL上就获得了一个完整的、被放大了的正弦信号。

图1
图1 🔍原图 (561×424)
图2
图2 🔍原图 (427×367)

图1中电容C\(_{1}\)的作用是:由于C1对信号的短路作用,才能使BG\(_{1}\)的集电极输出信号UA加到BG\(_{2}\)的基、射之间,使BG2构成共射电路。如果去掉C\(_{1}\),信号UA就加在BG\(_{2}\)的基、集之间了,使BG2成为共集电路。图中R\(_{5}\)的作用是避免C1将BG\(_{2}\)的集电极和发射极交流短路。

图3为一个输出功率为5瓦的音频功率放大器。BG\(_{1}\)~BG3组成前置放大电路,BG\(_{4}\)~BG8组成C-E倒相式OTL功放电路,BG\(_{9}\)为电子滤波器,供给BG1~BG\(_{4}\)稳定的直流电压。在BG2经R\(_{32}\)、C13、C\(_{14}\)引入了整机的电压负反馈。此放大器的通频带为10赫~100千赫,谐波失真度为0.1%(在100赫、1000赫、100千赫三点测试),输入灵敏度小于100毫伏,输入端可以加接收音机检波器输出信号、录音机和电唱机的输出信号等。电源变压器B、二极管D1~D\(_{4}\)、晶体管BG10~BG\(_{12}\)组成稳压电源。电源变压器的次级空载电压为37伏,满载时约在28伏左右。为了获得较大的输出功率,输出级采用复合管的形式。BG5和BG\(_{7}\)复合组成推挽输出级的一臂,BG6和BG\(_{8}\)复合构成推挽输出级的另一臂。由于输出级的二个输入信号已由BG4的集电极和发射极倒相得到,因而推挽输出级的两臂复合管均可以采用同一导电性能的晶体管。这里都用NPN型硅管。R\(_{2}\)0+R21、R\(_{22}\)为BG5的偏置电阻,R\(_{23}\)+R24、R\(_{25}\)是BG6的偏置电阻,其中R\(_{21}\)和R24用半可变电阻,以调整BG\(_{5}\)和BG6的工作点。我们使R\(_{2}\)0+R21+R\(_{22}\)=R23+R\(_{24}\)+R25以保证中点K的电压为电源电压的一半。

图3
图3 🔍原图 (1260×988)

元件的选择方法

1.电源电压的选取:电源电压E\(_{C}\)由公式EC=2\(\sqrt{2}\)/η·R\(_{L}\)·P0来确定。本电路中,P\(_{0}\)=5瓦,RL=8欧,η=0.8,代入公式可算得E\(_{C}\)=20伏,取系列值EC=24伏。

2.输出管BG\(_{7}\)、BG8的选择原则是:①功放管可承受的最大电压BV\(_{ceo}\)≥24伏。②每管最大集电极电流ICM≥\(\frac{E}{_{C}}\)2RL=24;2×8=1.5安。③最大集电极功耗P\(_{CM}\)≥\(\frac{1}{2}\)(0.05Ec\(^{2}\);RL+E\(_{C}\)IQ)≈2.5瓦(其中I\(_{Q}\)是推挽管的静态电流,约20毫安)。查手册、可选用3DD5(3DD4、3DD6~3DD8、D201、D202、3DA28~3DA30,3DA011等均可)。④尽量使上下两臂的晶体管特性一致,在业余条件下,至少应保证β5·β\(_{7}\)≈β6·β\(_{8}\)。

3.R\(_{28}\)和R29的选取:R\(_{28}\)和R29可以稳定直流工作点,一般取R\(_{28}\)和R29为负载电阻R\(_{L}\)的\(\frac{1}{10}\)左右,这里取R28=R\(_{29}\)=0.5欧。

4.复合管BG\(_{5}\)、BG6的选择:为保证功率输出,BG\(_{7}\)、BG8两管的集电极电流应能从静态值(20毫安)变化到最大值(1.5安)。BG\(_{7}\)和BG8的基极电流也应能从\(\frac{20}{β}\)毫安变化到1.5;β安。β的变化范围若取10~100,可算得基极电流的动态范围为2~15毫安。这个电流由复合管BG\(_{5}\)和BG6提供,所以要求BG\(_{5}\)和BG6分别能提供大于15毫安的电流,即要求I\(_{CM5}\)=ICM6≥15毫安。BG\(_{5}\)、BG6的最大集电极电压应大于电源电压的一半,即12伏。BG\(_{5}\)、BG6的集电极功耗P\(_{CM}\)比输出管要小β倍左右,若功放管取β=20,则BG5、BG\(_{6}\)的PCM为

\(\frac{2.5瓦}{β}\)=2.5瓦;20=125毫瓦。

查手册,应按BV\(_{ceo}\)≥12伏,ICM≥15毫安,P\(_{CM}\)≥125毫瓦选择晶体管,则下列晶体管都可以选用:3DG1A~1C,3DG3~4,3DG7~9、3DGll~13,3DG16~17,3DG27,3DG30~33,3DG011~013,3DG021~022,3DG051~055,3DGlll~116,3DK1~3DK4,3DK7~3DK10,3DK12~13,3DK20~22等。

5.R\(_{26}\)和R27的选取:R\(_{26}\)和R27上的电压降控制BG\(_{7}\)和BG8的静态工作电流,同时对信号有分流作用。一般取为输出管输入电阻y\(_{be7}\)的2~5倍是合适的,大约在一百至数百欧之间,这里取R26~R\(_{27}\)=100欧。

6.R\(_{2}\)0~R25的选取:R\(_{2}\)0~R22为BG\(_{5}\)的偏置电阻,R23~R\(_{25}\)为BG6的偏置电阻,两者相等,现求R\(_{2}\)0~R22。由公式R\(_{b5}\)=(R20+R\(_{21}\))‖R22≈(2~5)B\(_{e5}\),取Rb5=2R\(_{e5}\)=2R26=200欧。而(R\(_{2}\)0+R21)和R\(_{22}\)的分压要使Vb5=V\(_{be5}\)+Vbe7=1.2伏,由分压关系V\(_{b5}\)=〔R22/(R20+R\(_{21}\)+R22)〕\(\frac{E}{_{c}}\)Z,取R22=220欧,求得R\(_{2}\)0+R21≈2千欧。为了便于调整,取R\(_{2}\)0=1千欧,R21为2千欧的半可变电阻。同理,R\(_{25}\)=220欧,R23=1千欧,R\(_{24}\)为2千欧半可变电阻。

7.倒相级元件的选取:BG\(_{4}\)工作于甲类放大状态,工作电流取5~10毫安,这里取Ic4=10毫安。取R\(_{18}\)=R19≈R\(_{be5}\)≈200欧,R17≈(1~5)R\(_{18}\),取R17=510欧。R\(_{14}\)和R15为RG\(_{4}\)的偏置电阻,取R15=5.1千欧,R\(_{14}\)可由分压关系求得为24千欧(R14最好由调整时确定)。

BG\(_{4}\)管的选取应满足:ICM≥10毫安,BV\(_{ceo}\)≥24伏,Pcm≥130毫瓦。查手册,BG\(_{4}\)可选用和BG5相同的型号。

8.电容C\(_{11}\)的选取:设低频端半功率点频率为fL=30赫,按公式计算:C\(_{ll}\)≥1/2πfLR\(_{L}\)=1/2π×30×8=800微法。取Cll为2000微法,耐压25伏。

其它元件的选取和一般阻容耦合放大器类似,这里就不重复了。

图4为电路印刷电路,图5为电源部分的印刷电路,可供参考。

图4
图4 🔍原图 (1509×648)
图5
图5 🔍原图 (871×568)

调整方法

这种电路的倒相激励级和输出级之间是阻容耦合,直流工作点不会相互影响。因此调整简便。具体的调整方法如下:

1.输出级的调整:在A点串入一只100毫安的电流表,调整R\(_{21}\)和R24,使末级晶体管集电极电流在20毫安左右。调整时要注意使R\(_{21}\)和R24的阻值尽可能相等。如果用下面的方法调整更为简便:在中点K和地之间加接12伏电压(即电源电压的一半)。在B点串入一只100毫安电流表,调整R\(_{24}\)使流过B点的电流为20毫安左右,用万用表电阻档量出R24的实际阻值。然后,再将R\(_{21}\)调到和R24实际阻值一样的大小。这样既保证了输出级的静态工作电流为20毫安,也保证了中点K的电压为电源电压的一半。

2.倒相级的调整:BG\(_{4}\)为一单级的具有电压负反馈的低频放大电路,调整十分简单,只需调整R14,使BG\(_{4}\)的射极电压Ue4=2伏即可(对应于I\(_{C4}\)=10毫安)。

3.前置级及电子滤波器的调整:电子滤波器调整十分简单,调节R\(_{3}\)0使BG9集电极与发射极之间的电压为2~4伏,即D点电压为20~22伏。前置级由BG\(_{1}\)和(BG2+BG\(_{3}\))组成,BG1为一单级的具有电压负反馈的电压放大电路,本级工作电流为1毫安左右。调整时,调节R\(_{1}\)使F点电压为1.5伏左右。(BG2+BG\(_{3}\))是工作点稳定的双管直接耦合放大电路,射随器输出,调节电阻R10使BG\(_{2}\)和BG3的静态电流分别为1毫安和3毫安左右,这时G点电压为2伏左右,H点电压为7.5伏左右。

4.稳压电源的调整:先调节电位器W\(_{2}\)使稳压电源输出为24伏,再调节W1使BG\(_{1}\)0的集电极电流为2.5毫安左右。(唐远炎)