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OCL功率放大电路

🏠 首页 《无线电》杂志 2002年 🔗 第9期 🔗 第61页 分类:初学者园地 🔗 宋东生 🔗

无线电小组的同学们在学习了OTL功率放大电路的基础上,又组装了OCL功率放大电路(图1)。调试完成后,在老师的指导下,通过座谈讨论,进一步学习了OCL电路的工作原理和分析方法。

图1
图1 🔍原图 (567×385)

同学:OCL功率放大电路不用输出电容器,所以必须采用双电源供电,它跟OTL电路相比到底有什么优越性呢?

老师:我先来提一个问题。大家都知道,电容器具有“隔直流,通交流”的特性,如果用它传送20Hz~20kHz的音频信号,能不能做到畅通无阻呢?

同学:电容器对交流信号都会产生一定的阻力,称为容抗。容抗的大小与信号频率和电容器的电容量成反比。对20Hz~20kHz范围的音频信号,频率越低,它的容抗越大。这意味着,音频范围内低频端的信号通过耦合电容器时会有很大的衰减。

老师:对。用电容器传送音频信号时,最突出的问题就是低频响应特性不够理想。就拿上次大家制作的OTL功率放大电路作例子,见本刊今年第8期,输出端耦合电容器用的是200μF,它对10kHz的音频信号的容抗是0.08Ω,但对100Hz的音频信号的容抗是8Ω。由此可见,若用它传送宽频音乐信号时,由于低频成分衰减较大,扬声器重放的音乐就会显得低音不够丰富。

同学:为了改善耦合电容器的低频响应,是不是可以选用大容量的电解电容器呢?

老师:很多无线电爱好者都进行过这方面的实验,结果就是不理想,仍然达不到重放音乐的高保真要求。为什么呢?因为电解电容器是卷绕制成的,电容量越大,卷绕的圈数越多,这就不可避免地形成了一种附加电感,它对不同频率的信号产生不同的相移,又会引起附加的失真。所以,在高保真音响系统还是广泛采用OCL电路。

同学:我明白了。再请问,为什么OCL电路都要采用差动放大电路作输入级呢?

老师:问题提得好。大家还记得在直接耦合多级放大电路中差动放大电路主要起什么作用吗?

同学:在多级直接耦合放大电路中,采用差动放大电路作前级,主要是为了抑制零点漂移,保持输出端静态电位的稳定。

老师:是的。OCL电路取消了输出端的耦合电容器,输出端与负载之间没有了隔直流元件,这就要求推挽输出级中点K的电位稳定在UK≈0,这个任务就是靠差动放大电路来完成的。现在我画出OCL电路的简化电路图(图2)。其输入级是一个单端输入、单端输出的差动放大电路,输出级的中心K通过电阻R5接在VT2的基极,形成负反馈。假如由于某种原因使中点电位UK上升,就会出现以下负反馈过程:

U\(_{k}\)↑→U\(_{be2}\)↑→I\(_{e2}\)↑→U\(_{R3}\)↑→U\(_{be1}\)↓→I\(_{e1}\)↓→U\(_{R2}\)↓→U\(_{be3}\)↓→I\(_{c3}\)↓→U\(_{R8、R7}\)↓→U\(_{be5}\)↓→U\(_{ces}\)↓→U\(_{k}\)↓

图2
图2 🔍原图 (567×409)

这样,中点电位Uk的任何变化都能得到及时有效的抑制。我再问你们,这种负反馈除了稳定K点电位外,是不是也会使输出端的交流信号反馈到输入回路呢?

同学:我认为不会。差动放大电路发射极反馈电阻R3只对共模信号(直流漂移信号)产生强烈的负反馈,而对有用的差模信号,R3相当于短路,不会产生负反馈作用。

老师:回答得很好。在OCL电路中,为了减小失真,也需要引入适量的交流负反馈。哪位同学说说,在这个电路中交流负反馈是怎么建立的?

同学:K点是放大电路的输出端,输出信号通过R5及C1、R4组成的交流分压电路(见图2)后,返送到VT2的基极回路形成了负反馈。

老师:对。它是电压串联负反馈。

同学:电容C2和电阻R8(图2)是不是上次您所介绍的自举电路呢?

老师:没错。再补充一点,自举电容C2的接入,还改变了OCL电路的工作组态。在不接C2时,输入端的电压(即R7+R8上的电压)是加在输出管VT4、VT5的b、c之间的,输出端的电压取自输出管的c、e之间,所以是共集电极组态;接入C2后,因为R89垲R7,R7两端的电压就是输入电压,它通过C2接在输出管的b、e间,使输出级变成了共发射极组态。谁能说说OCL电路工作组态的改变有什么实际意义呢?

同学:共集电极组态没有电压放大能力,而共发射极组态有电压放大能力,这就使输出级的功率放大倍数得到了提高。

老师:是这样。在实际电路(图1)中,复合推挽输出管还接入了电阻R10~R13,它们用来提高复合互补管的温度稳定性。电阻R14、R15是VT5、VT7的过流保护电阻。C4是相位补偿电容。

同学:为了使推挽输出级工作在甲乙类放大状态,需要在VT4、VT6两管的基极之间接上一个偏流电阻R7,还串联了两个二极管VD1、VD2,这是为什么呢?

老师:在OTL功放里,所用的晶体管都是锗管,它的U\(_{be}\)值很小,约为0.3V,这样只用一个偏流电阻就可以了。现制作的OCL功放,使用的全是硅管,Ube值较大,约为0.7V,如果只用一个偏流电阻,这个电阻的阻值就要选得比较大,电阻大了对前级的影响就大,这里利用两个串联的硅二极管就可以产生1.4V左右的正向压降。由于二极管的动态电阻(交流电阻)很小,对前级放大电路就没有什么影响了。

同学:看电路图时,我联想到一个问题,不知是不是行得通。OCL电路采用差动放大电路作输入级,用一个PNP型晶体管VT3作激励级,那么能不能用一个集成运算放大器代替差动输入级和激励级,直接推动互补对称输出级呢?

老师:你的想法很好,也很符合实际情况。现在我给大家画一个用集成运算放大器直接推动输出级的原理电路(图3)供大家参考。这里,输出级的电路不变,集成运算放大器接成同相输入负反馈放大器,R13、C2、R2是负反馈网络,形成电压串联负反馈,它的闭环电压放大倍数为A\(_{f}\)=1+R13/R2。由于集成运放在输入为零时输出也为零,所以功率放大电路的中点电位Uk十分稳定,电路的调整也变得十分简单了。

(宋东生)