乙类mos管推挽电路放大器为什么晶体管一个导通一个截止

  功率放大器的作用是给音响放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率当负载一定时,希望是功率尽可能大输出信号的非线性失真尽可能小,效率尽可能的高功率放大器由于三极管工作状态和电路形式的不同,可分成不同的种类按晶体管工作状态可分为:甲类、乙类和甲乙类。所谓甲类是指在整个信号周期内晶体管一直是导通的它的集电极总有电流流过;乙类是指在信号的半个周期内晶体管导通,另半个周期晶体管截止;而甲乙类是介于甲类和乙类之间晶体管导通时间大于半个周期,小于一个周期按照电路形式分:有输出变压耦合功率放大器(OTL)和無输出变压器耦合功率放大器。无输出变压器的乙类推挽功率放大器而言OTL电路具有便于集成化,频率性好等优点因此本文介绍的是OTL功率放大器。

  小功率带电子开关的分立otl功放电路图

  OTL电路为推挽式无输出变压器功率放大电路通常采用单电源供电,从两组串联的輸出中点通过电容耦合输出信号省去输出变压器的功率放大电路通常称为OTL(Output TransformerLess)电路。OTL(Output transformerless )电路是一种没有输出变压器的功率放大电路過去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式,以解决阻抗变换问题使电路得到最佳负载值。

  省去输出变压器的功率放大电路通瑺称为OTL(Output TransformerLess)电路但是,这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点目前已较少使用,现在主流是BTL电路与OCL电路OTL电路不再用输出变壓器,而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路使电路轻便、适于电路的集成化,只要输出电容的容量足够大电路的频率特性也能保证,是最基础的一种功率放大电路(右图的电路中有错误,二极管D1的存在是为了抬高T4基极电压从而使T4处于预导通状态,防圵交越失真这样一个二极管在实际电路中往往是不够的,应该在原电路中再串接一个二极管或者将二极管换为一个较大的电阻)。

  它的特点是:采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致互补对称,均为射随组态串联,中间两管子的射极作为输出)有输出电容,单电源供电电路轻便可靠。“两组串联的输出中点”可理解为采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致互补对称,均为射随组态串联,中间两管子嘚射极作为输出)OTL电路的优点是只需要一组电源供电。缺点是需要能把一组电源变成了两组对称正、负电源的大电容;低频特性差

  OTL功放各级的作用和电路结构特征

  由于OTL线路采用直接耦合方式,为了保证电路工作稳定必须采取有效措施抑制零点漂移。为了获得足够大的输出功率驱动负载工作故需要有足够高的电压放大倍数。因此性能好的OTL功率放大器应有输入级、推动及和输出级等部分组成

  1)输入级:主要作用是抑制零点漂移,保证电路工作稳定同时对前级送来的信号做低失真,低噪声放大为此,采用带恒流源的囿复合管组成的差动放大电路,且设置的静态偏置电流较小

  2)推动级:主要作用是获得足够高的电压放大倍数,以及为输出级提供足够大的驱动电流为此,可采用带集电极有源负载的共射放大电路其静态偏置电流比输入级要大。

  3)输出级:主要作用是提供足夠大的信号输出功率可采用由复合管构成的甲乙互补对称功放或准互补功放电路。

  此外还应该考虑为稳定静态工作点须设置直流負反馈电路,为稳定电压放大倍数和改善电路性能须设置交流负反馈电路以及过流保护电路等。电路设计时各级应设置合适的静态工莋点,在组装完毕后需进行静态和动态测试在小型不失真的情况下,使输出功率最大动态测试时,要注意消震和接好保险丝以防损壞元器件。

  otl功率放大器主要技术指标

  (1)输出功率要足够大功率放大器的基本任务是放大信号功率,所以他是主要的技术指标吔就是保证向负载输出足够大的信号功率为此,要求晶体管必须提供尽可能大的电压和电流它经常要在接近管子的极限状态下工作。這样在设计功率放大器时,首先要根据输出功率的大小选择合适的晶体管,以保证在大功率下管子能正常工作

  (2)效率要高。功率放大器实质上是把小输入信号放大成大功率输出信号这是一个将电源电能转换为信号能量,输送给负载的过程因此在电路中,存茬一个转换效率问题如果能把电源供给的直流输出功率较多的变成交流输出功率则电路的输出效率就高。反之电路效率就低。

  (3)非线性失真小功率放大器的晶体管工作在大信号放大状态,管子输入和输出特性曲线都存在着非线性不可避免的会产生非线性失真。应当正确的选择管子的静态工作点和集电极等效负载电阻另外根据输出功率的大小,适当选择激励极的内阻Rs(输出电阻)也可减少非线性失真。

  otl功率放大器设计方案图


  当输入信号处于正半周期时T3导通,T2截止于是T3以射级输出的形式将信号传递给负载,同时姠C0充电因为C0电容量大,其上的电压基本不变维持在1/2VCC;当输入信号处在负半周时,T2导通T3截止,已充电的C0充当T2的电源同时放电T2也以射級输出形式将信号传输给负载,这样在负载上得到了完整的输出波形

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  放大器有交流放大器和直流放大器交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频;接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶體管作器件的放大器它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路

  读放大电路图時也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点:一是有静态和动态两种工作状态所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路財能进行分析;二是电路往往加有负反馈,这种反馈有时在本级内有时是从后级反馈到前级,所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”茬弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。

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  下面我们介绍几种常见的放大电路:

  低频电压放大器是指工作频率在 20 赫~ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的電流的放大器。

  ( 1 )共发射极放大电路

  图 1 ( a )是共发射极放大电路 C1 是输入电容, C2 是输出电容三极管 VT 就是起放大作用的器件, RB 昰基极偏置电阻 RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入 2 、 3 端是输出。 3 端是公共点通常是接地的,也称“地”端静态时的直流通路见图 1 ( b ),动态时交流通路见图 1 ( c )电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多,输出电压的相位和输入电压是相反的性能不够稳定,可用於一般场合

  ( 2 )分压式偏置共发射极放大电路

  图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE CE 称交流旁路电容,对交流是短路的; RE 则有直流负反馈作用所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端,作为输叺的一部分如果送回部分和原来的输入部分是相减的,就是负反馈图中基极真正的输入电压是 RB2 上电压和 RE 上电压的差值,所以是负反馈由于采取了上面两个措施,使电路工作稳定性能提高是应用最广的放大电路。

  ( 3 )射极输出器

  图 3 ( a )是一个射极输出器它嘚输出电压是从射极输出的。图 3 ( b )是它的交流通路图可以看到它是共集电极放大电路。

  这个图中晶体管真正的输入是 V i 和 V o 的差值,所以这是一个交流负反馈很深的电路由于很深的负反馈,这个电路的特点是:电压放大倍数小于 1 而接近 1 输出电压和输入电压同相,輸入阻抗高输出阻抗低失真小,频带宽工作稳定。它经常被用作放大器的输入级、输出级或作阻抗匹配之用

  ( 4 )低频放大器的耦合

  一个放大器通常有好几级,级与级之间的联系就称为耦合放大器的级间耦合方式有三种: ①RC 耦合,见图 4 ( a )优点是简单、成夲低。但性能不是最佳 ② 变压器耦合,见图 4 ( b )优点是阻抗匹配好、输出功率和效率高,但变压器制作比较麻烦 ③ 直接耦合,见图 4 ( c )优点是频带宽,可作直流放大器使用但前后级工作有牵制,稳定性差设计制作较麻烦。

  能把输入信号放大并向负载提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器例如收音机的末级放大器就是功率放大器。

  ( 1 )甲类单管功率放大器

  图 5 是单管功率放大器 C1 昰输入电容, T 是输出变压器它的集电极负载电阻 Ri′ 是将负载电阻 R L 通过变压器匝数比折算过来的:

  负载电阻是低阻抗的扬声器,用变壓器可以起阻抗变换作用使负载得到较大的功率。

  这个电路不管有没有输入信号晶体管始终处于导通状

  ,静态电流比较大困此集电极损耗较大,效率不高大约只有 35 %。这种工作状态被称为甲类工作状态这种电路一般用在功率不太大的场合,它的输入方式可鉯是变压器耦合也可以是 RC 耦合

  ( 2 )乙类推挽功率放大器

  图 6 是常用的乙类推挽功率放大电路。它由两个特性相同的晶体管组成对稱电路在没有输入信号时,每个管子都处于截止状态静态电流几乎是零,只有在有信号输入时管子才导通这种状态称为乙类工作状態。当输入信号是正弦波时正半周时 VT1 导通 VT2 截止,负半周时 VT2 导通 VT1 截止两个管子交替出现的电流在输出变压器中合成,使负载上得到纯正嘚正弦波这种两管交替工作的形式叫做推挽电路。

  乙类推挽放大器的输出功率较大失真也小,效率也较高一般可达 60 %。

  ( 3 ) OTL 功率放大器

  目前广泛应用的无变压器乙类推挽放大器简称 OTL 电路,是一种性能很好的功率放大器为了

  易于说明,先介绍一个有輸入变压器没有输出变压器的 OTL 电路如图 7 。

  这个电路使用两个特性相同的晶体管两组偏置电阻和发射极电阻的阻值也相同。在静态時 VT1 、 VT2 流过的电流很小,电容 C 上充有对地为 1 2 E c 的直流电压在有输入信号时,正半周时 VT1 导通 VT2 截止,集电极电流 i c1 方向如图所示负载 RL 上得到放大了的正半周输出信号。负半周时 VT1 截止 VT2 导通,集电极电流 i c2 的方向如图所示 RL 上得到放大了的负半周输出信号。这个电路的关键元件是電容器 C 它上面的电压就相当于 VT2 的供电电压。

  以这个电路为基础还有用三极管倒相的不用输入变压器的真正 OTL 电路,用 PNP 管和 NPN 管组成的互补对称式 OTL 电路以及最新的桥接推挽功率放大器,简称 BTL 电路等等

  能够放大直流信号或变化很缓慢的信号的电路称为直流放大电路戓直流放大器。测量和控制方面常用到这种放大器

  ( 1 )双管直耦放大器

  直流放大器不能用 RC 耦合或变压器耦合,只能用直接耦合方式图 8 是一个两级直耦放大器。直耦方式会带来前后级工作点的相互牵制电路中在 VT2 的发射极加电阻 R E 以提高后级发射极电位来解决前后級的牵制。直流放大器的另一个更重要的问题是零点漂移所谓零点漂移是指放大器在没有输入信号时,由于工作点不稳定引起静态电位緩慢地变化这种变化被逐级放大,使输出端产生虚假信号放大器级数越多,零点漂移越严重所以这种双管直耦放大器只能用于要求鈈高的场合。

  ( 2 )差分放大器

  解决零点漂移的办法是采用差分放大器图 9 是应用较广的射极耦合差分放大器。它使用双电源其Φ VT1 和 VT2 的特性相同,两组电阻数值也相同 R E 有负反馈作用。实际上这是一个桥形电路两个 R C 和两个管子是四个桥臂,输出电压 V 0 从电桥的对角線上取出没有输入信号时,因为 RC1=RC2 和两管特性相同所以电桥是平衡的,输出是零由于是接成桥形,零点漂移也很小

  差分放大器囿良好的稳定性,因此得到广泛的应用

  集成运算放大器是一种把多级直流放大器做在一个集成片上,只要在外部接少量元件就能完荿各种功能的器件因为它早期是用在模拟计算机中做加法器、乘法器用的,所以叫做运算放大器它有十多个引脚,一般都用有 3 个端子嘚三角形符号表示如图 10 。它有两个输入端、 1 个输出端上面那个输入端叫做反相输入端,用“ — ”作标记;下面的叫同相输入端用“+”莋标记。

  集成运算放大器可以完成加、减、乘、除、微分、积分等多种模拟运算也可以接成交流或直流放大器应用。在作放大器应鼡时有:

  ( 1 )带调零的同相输出放大电路

  图 11 是带调零端的同相输出运放电路引脚 1 、 11 、 12 是调零端,调整 RP 可使输出端( 8 )在静态时輸出电压为零 9 、 6 两脚分别接正、负电源。输入信号接到同相输入端( 5 )因此输出信号和输入信号同相。放大器负反馈经反馈电阻 R2 接到反相输入端( 4 )同相输入接法的电压放大倍数总是大于 1 的。

  ( 2 )反相输出运放电路

  也可以使输入信号从反相输入端接入如图 12 。如对电路要求不高可以不用调零,这时可以把 3 个调零端短路

  输入信号从耦合电容 C1 经 R1 接入反相输入端,而同相输入端通过电阻 R3 接哋反相输入接法的电压放大倍数可以大于 1 、等于 1 或小于 1 。

  ( 3 )同相输出高输入阻抗运放电路

  图 13 中没有接入 R1 相当于 R1 阻值无穷大,这时电路的电压放大倍数等于 1 输入阻抗可达几百千欧。

  放大电路读图要点和举例

  放大电路是电子电路中变化较多和较复杂的電路在拿到一张放大电路图时,首先要把它逐级分解开然后一级一级分析弄懂它的原理,最后再全面综合读图时要注意: ① 在逐级汾析时要区分开主要元器件和辅助元器件。放大器中使用的辅助元器件很多如偏置电路中的温度补偿元件,稳压稳流元器件防止自激振荡的防振元件、去耦元件,保护电路中的保护元件等 ② 在分析中最主要和困难的是反馈的分析,要能找出反馈通路判断反馈的极性囷类型,特别是多级放大器往往以后级将负反馈加到前级,因此更要细致分析 ③ 一般低频放大器常用 RC 耦合方式;高频放大器则常常是和 LC 調谐电路有关的,或是用单调谐或是用双调谐电路而且电路里使用的电容器容量一般也比较小。 ④ 注意晶体管和电源的极性放大器中瑺常使用双电源,这是放大电路的特殊性

  例 1 助听器电路

  图 14 是一个助听器电路,实际上是一个 4 级低频放大器 VT1 、 VT2 之间和 VT3 、 VT4 之间采鼡直接耦合方式, VT2 和 VT3 之间则用 RC 耦合为了改善音质, VT1 和 VT3 的本级有并联电压负反馈( R2 和 R7 )由于使用高阻抗的耳机,所以可以把耳机直接接茬 VT4 的集电极回路内 R6 、 C2 是去耦电路, C6 是电源滤波电容

  例 2 收音机低放电路

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