怎样调整OTL电路的直流工作状态

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OTL功率放大电路的推动级与输出级之间通常采用直接耦合方式,直流工作状态互相牵制,因此调整起来较一般晶体管电路困难一些。但是只要掌握了0TL电路电流工作状态的特点,就可以避免调整过程中的盲目性。本文结合具体电路来谈一谈怎样调整OTL电路的直流工作状态。

图1是某晶体管收音机的低频放大电路,它是一个典型的互补对称型OTL电路。由BG\(_{1}\)组成推动级,BG2、BG\(_{3}\)组成互补对称推挽输出级。下面我们先来简述一下它的基本工作过程。设输入信号电压Vi为正弦波电压,当V\(_{i}\)为正半周时,BG1集电极回路中A、B两点对地的信号电压均为负半周。BG\(_{2}\)为NPN型管,此时其发射结为反向偏置,因而处于截止状态,没有集电极电流流通,即iC2=O,而BG\(_{3}\)为PNP型管,其发射结为正向偏置,因而处于导通状态。此时电容C3上的直流电压就要经过BG\(_{3}\)的发射极、集电极及负载RL放电,放电电流就是BG\(_{3}\)的集电极电流iC3,i\(_{C3}\)流过RL时所产生的压降就是输出电压V\(_{0}\)。由于ic3流过R\(_{L}\)的方向为由下到上,所以V0的波形为负半周。当V\(_{i}\)为负半周时,A、B两点对地的信号电压均为正半周,与上面情况恰好相反,BG3发射结为反向偏置,因而变为截止状态,BG\(_{2}\)发射结为正向偏置,因而变为导通状态。此时iC2由电源E\(_{C}\)经BG2、C\(_{3}\)流过RL。由于i\(_{C2}\)流过RL的方向为由上到下,所以V\(_{0}\)的波形为正半周。这样,当Vi变化一周期时,从负载上就可以得到一个完整的一周期的V\(_{0}\)波形。

图1
图1 🔍原图 (449×453)

不过,对推挽输出级来说,要使输出波形正负半周对称,除了激励信号幅度相等及选择特性相同的晶体管BG\(_{2}\)和BG3之外,在电路上还要作到两管的电源电压相等。只有这样,才能保证两管的动态范围一致。否则,电源电压低的晶体管将出现饱和失真,造成正负半周不对称。具体来说,在图1的电路中则要求C点对地的电压V\(_{C}\)为EC2。这时,C\(_{3}\)在静态时两端的充电电压VC3=E\(_{C}\);2,可以把它看作BG3的电源,于是BG\(_{3}\)的电源电压即为VC3=\(\frac{E}{_{C}}\)2;BG2的电源电压为E\(_{C}\)-VC3=E\(_{C}\)-EC;2=\(\frac{E}{_{C}}\)2,从而C点对地电压VC为E\(_{C}\);2就可实现两管电源电压相等的条件,使两管能够对称地工作。

此外,在图1所示的电路中,由于BG\(_{2}\)和BG3轮流进行工作,所以它们分别形成两个半波而合成一个完整的波形。然而,由于晶体管输入特性中存在着“死区”,当输入信号电压很小时,无论是正半周,还是负半周,两管都不能导通,因此在正负半周交接处,将产生所谓“交越失真”,其失真波形见图2。为解决这个问题,在图1中接入了电阻R\(_{5}\),目的是给BG2、BG\(_{3}\)提供一个较小的正向偏压,使它们处于刚刚开始导通的状态,也就是说,给BG2及BG\(_{3}\)提供一个较小的静态工作电流。这样,在输入信号电压很小时,发射结就能够导通,从而克服了死区造成的影响。

图2
图2 🔍原图 (370×412)

综上所述,互补对称输出级对直流工作状态的要求主要有两点:(1)使C点电压\(\frac{E}{_{C}}\)2;(2)给BG2和BG\(_{3}\)提供一定的正向偏置电压。

那么,怎样来满足这两点要求呢?也就是说,怎样调整电路才能达到所要求的直流工作状态呢?下面先看C点电压V\(_{C}\)的调整。图1中R3、R\(_{4}\)、R5均为推动级BG\(_{1}\)的集电极电阻,其中R3与C\(_{2}\)组成自举电路,R5则是为了给BG\(_{2}\)、BG3提供偏压的。为了避免调整V\(_{C}\)时因R5数值不合适而造成BG\(_{2}\)、BG3的集电极电流I\(_{CQ2}\)、ICQ3过大的情况,事先可将R\(_{5}\)短路。BG1的集电极静态电流I\(_{CQ1}\)要在各电阻上产生压降,于是BG1集电极对地电压V\(_{B}\)将由下式决定VB=E\(_{C}\)-ICQ1(R\(_{3}\)+R4)。显然,当R\(_{3}\)、R4确定以后,只要调节BG\(_{1}\)的偏流电阻R1,使I\(_{CQ1}\)变化,就能够使VB变化。而C点的电压V\(_{C}\)实际上总要跟随VB变化,最后达到V\(_{C}\)≈VB。这个问题我们可以从下面两种情况来分析:假如R\(_{1}\)调节之后VB高于V\(_{C}\),则 BG2发射结为正向偏置,因而BG\(_{2}\)导通,有iC2对C\(_{3}\)充电使VC3升高,于是V\(_{C}\)也将随之升高,而接近VB;假如R\(_{1}\)调节之后VB低于V\(_{C}\),则BG3发射结为正向偏置,因而BG\(_{3}\)导通,C3上的电压V\(_{C3}\)就要通过BG3放电,使V\(_{C3}\)降低,VC也就随之降低而接近V\(_{B}\)。这样,通过调节R1就能够调节V\(_{C}\),满足VC=\(\frac{E}{_{C}}\)2的要求。例如,若VC低于E\(_{C}\);2时,可将R1加大,于是I\(_{CQ1}\)减少,R3、R\(_{4}\)上的压降也减小,VC便升高;反之,V\(_{C}\)高于EC2时,将R\(_{1}\)减小,VC便降低。实际调整时,可用一个电位器串联一个电阻来代替R\(_{1}\),慢慢调节电位器,同时监测C点对地的电压VC,使V\(_{C}\)=EC;2即可。

下面再来看BG\(_{2}\)、BG3偏压的调节。由图1可知,若使BG\(_{2}\)、BG3导通,它们的发射结电压V\(_{BE2}\)和 VBE3必须大于死区电压(硅管约为0.6伏,锗管约为0.2伏)。因此BG\(_{2}\)基极对地的电压VA将比发射极对地的电压(在图1中即为C点对地的电压V\(_{C}\))高VBE2,即V\(_{A}\)=EC2+V\(_{BE2}\);而BG3基极对地电压V\(_{B}\)将比发射极对地电压低VBE3,即V\(_{B}\)=EC;2-V\(_{BE3}\)。显然,调整A、B两点间电阻R5的大小,则可以使I\(_{CQ1}\)R5=V\(_{AB}\)=VBE2+V\(_{BE3}\),就能够达到上述要求。实际调整时,因R5的数值很小,可用一个100Ω左右的电位器代替,并把该电位器预先调到最小位置。监测的方法一般不是直接测量V\(_{AB}\)的大小,而是测量BG2、BG\(_{3}\)的直流工作点电流ICQ2、I\(_{CQ3}\)的值。方法是将电流表串联到BG2的集电极与E\(_{C}\)之间,接通电源后,一边调节电位器,一边观察电流表的指示。一般小功率放大器的ICQ2(等于I\(_{CQ3}\))调到5~10mA即可。

需要说明,V\(_{C}\)及ICQ2、I\(_{CQ3}\)在调节时,要互相影响,VC调好之后再调I\(_{CQ2}\)、 ICQ3时,V\(_{C}\)又要变化,这是由于接入R5之后V\(_{B}\)变化的结果。因此还要再调R1,使V\(_{C}\)再回到EC2的值。而调R\(_{1}\)时,又使ICQ1变化,所以需要反复调整几次才成。(刘铁夫)