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為什么OTL電路中不能隨意省去自舉電路

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現在網上流傳的一些OTL功率放大電路省去了自舉電路,甚至一些商業套件中也這樣做,實際上這樣的電路是存在很大缺陷的,甚至是幾乎不能用的。下圖是一個省去了自舉電路的OTL電路(來源于網絡)。
為了分析方便,給電路中的元件加上如下標識:
C1:47μ
C2:1000μ
R1:5.6k
R2:1.5k
R3:470Ω
R4:22Ω
R5/R6:3.3Ω(2只)
VD1/VD2:1N4148(2只)
VT1:9014
VT2:8050
VT3:8550
其中VT2和VT3組成推挽輸出互補管(以下簡稱推挽管),VT1是推動管。分析電路時,為了簡單起見,忽略穩定工作點的元件以及VT2/VT3的偏置電路元件,因此R4、R5、R6、VD1和VD2都暫時忽略。
電路中,VT2和VT3的集電極交流接地,輸出連接到VT2和VT3的發射極上,顯然推挽管工作于共集電極電路(射極跟隨器)狀態,因此推挽管只有電流放大作用,沒有電壓放大作用,輸出電壓變化幅度完全取決于推挽管基極電壓變化幅度,也就是推動管VT1集電極電壓變化幅度。
設電源電壓為VCC,由于OTL電路中點電壓的限制,推動管VT1的靜態集電極電壓只能是VCC/2,輸入信號正半周時,推動管vCE下降,如果輸入信號正半周幅度足夠大,推動管趨向于飽和,vCE接近0,于是VT1集電極電壓也接近0,VT3得到充分激勵,負載上得到足夠幅度的輸出。
輸入信號負半周時,推動管vCE上升,如果輸入信號負半周幅度足夠大,推動管趨向于截止,由于VT2的基極電流要流經推動管負載電阻R3,因此R3上總有一定的壓降,即使VT1趨向于截止,VT1集電極電壓受到R3上壓降的限制,不可能接近VCC,VT2得不到充分激勵,負載上得不到足夠幅度的輸出。
因此,這個OTL電路中,推挽管VT2和VT3的激勵是不平衡的,VT3能得到充分激勵,VT2卻得不到充分激勵,嚴重限制了OTL功率放大電路性能的發揮。這個電路在實際應用中,輸出功率大一點就容易發生削波,嚴重時,甚至會出現斷斷續續發聲的現象。
為了解決VT2和VT3激勵不平衡的問題,可以有以下幾種解決問題的思路:
1、盡量減小推動管負載電阻R3的阻值,使得R3上的壓降減小,進而使得VT2盡量得到充分激勵。但推動管負載電阻R3本來就會消耗一定的推動功率,如果減小R3的阻值會導致R3消耗更多的推動功率,也會降低OTL功率放大電路的性能,因此這不是一種好的思路。
2、將VT1單管推動電路換成輸出電壓幅度能在接近0到接近VCC之間擺動的推動電路。使用運算放大器推動的OTL電路(包括使用運算放大器推動的OCL電路)屬于這種思路,目前應用較為廣泛。
3、將推動管負載電阻R3更換為恒流源,恒流源在流過VT1集電極電流和VT2基極電流的同時,自身的壓降可以很小,這樣使得VT1集電極電壓可以在接近0到接近VCC之間擺動,VT2和VT3的激勵自然就平衡了,同時恒流源的交流電阻接近無窮大,基本不消耗推動功率。集成功放中基本都使用這種思路。
4、將R3上端連接到一個比VCC電壓更高的電源上,這樣即使有R3上的壓降,VT1集電極電壓還是可以接近VCC,VT2即可得到充分激勵。自舉就屬于這種思路。
因此,OTL電路中的自舉電路是不能隨意省去的,自舉對于平衡推挽管的激勵有著重要作用。如果一定要取消自舉電路,對于分立元件組成的OTL電路,可以用恒流源取代推動管負載電阻,恒流源可以用恒流二極管(適用于電源電壓較高的情況),也可以用晶體管和穩壓管組成恒流源(通用性較好)。
實際上,對于前述電路,實現簡單自舉非常容易,根本無需添加任何元件,方法如下:
1、將C2極性反接;
2、將揚聲器接地的一端改接電源正極;
3、將R3接電源正極的一端改接到揚聲器另一端(即C2正極)。
這樣,C2和揚聲器就同時兼作自舉電容和自舉電阻。
最后,換一個角度分析自舉電路的作用。推挽管工作于射極跟隨器狀態,射極跟隨器相當于引入了強烈的電壓負反饋,功率增益較低,推動管負載電阻又白白消耗了推動功率,因此OTL電路的增益更低,為了提高OTL電路的增益,可以有以下兩種思路:
1、引入自舉,自舉實際相當于一種正反饋,部分抵消射極跟隨器本身的負反饋,實際將推挽管的工作狀態變成了共發射極工作狀態,提高了增益。
2、將推動管負載電阻更換為恒流源,恒流源的交流電阻接近無窮大,基本不消耗推動功率,這樣推動功率就基本全部用來推動推挽管,同樣可以提高增益。

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自舉電路

自舉電路

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自舉電路

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沙發
ID:981034 發表于 2021-12-13 11:17 | 只看該作者
回到基礎理論,射極輸出器,要達到電源擺幅,基極電壓必須比集電極電壓高很多
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板凳
ID:237574 發表于 2022-3-12 20:26 | 只看該作者
現代晶體管增益足夠大,末級純互補的可以輕松去掉自舉電容。
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