音頻功率放大器電路結(jié)構(gòu)和單元電路作用
1.電路組成方框圖
圖2-26所示是音頻功率放大器電路組成方框圖。這是一個(gè)多級(jí)放大器，由最前面的電壓放大級(jí)、中間的推動(dòng)級(jí)和最后的功放輸出級(jí)共三級(jí)電路組成。
重要提示
電路分析中，時(shí)常需要識(shí)別一個(gè)電路的前、后相關(guān)聯(lián)電路，這有利于了解信號(hào)的“來龍去脈”。與音頻功率放大器前、后連接的電路是：負(fù)載為揚(yáng)聲器電路，輸入信號(hào)Ui來自音量電位器RP1動(dòng)片的輸出信號(hào)。
2.音頻功率放大器中各單元電路作用
(1)電壓放大級(jí)。用來對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行電壓放大，使加到推動(dòng)級(jí)的信號(hào)電壓達(dá)到一定的程度。根據(jù)機(jī)器對(duì)音頻輸出功率要求的不同，電壓放大器的級(jí)數(shù)不等，可以只有一級(jí)電壓放大器，也可以是采用多級(jí)電壓放大器。
(2)推動(dòng)級(jí)。用來推動(dòng)功放輸出級(jí)，對(duì)信號(hào)電壓和電流進(jìn)行進(jìn)一步放大，有的推動(dòng)級(jí)還要完成輸出兩個(gè)大小相等、方向相反的推動(dòng)信號(hào)。推動(dòng)放大器也是一級(jí)電壓、電流放大器，它工作在大信號(hào)放大狀態(tài)下。
(3)輸出級(jí)。用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行電流放大。電壓放大級(jí)和推動(dòng)級(jí)對(duì)信號(hào)電壓已進(jìn)行了足夠的電壓放大，輸出級(jí)再進(jìn)行電流放大，以達(dá)到對(duì)信號(hào)功率放大的目的，這是因?yàn)檩敵鲂盘?hào)功率等于輸出信號(hào)電流與電壓之積。
重要提示
一些要求輸出功率較大的功率放大器中，功放輸出級(jí)分成兩級(jí)，除輸出級(jí)之外，在輸出級(jí)前再加一級(jí)末前級(jí)，這一級(jí)電路的作用是進(jìn)行電流放大，以便獲得足夠大的信號(hào)電流來激勵(lì)功放輸出級(jí)的大功率三極管。
功率放大器以功放輸出級(jí)電路形式來劃分種類，常見的音頻功率放大器主要有：OTL、OCL和BTL。
OTL功率放大器應(yīng)用最多，所以必須深入掌握。掌握了典型的分立元器件OTL功率放大器工作原理后，才能比較順利地分析各種OTL功率放大器的變形電路、集成電路OTL功率放大器、OCL功率放大器和BTL功率放大器。
甲類、乙類和甲乙類放大器
根據(jù)功放輸出三極管在放大信號(hào)時(shí)的信號(hào)工作狀態(tài)和三極管靜態(tài)電流大小劃分，常見放大器有甲類、乙類和甲乙類3種。
1.甲類放大器
單級(jí)放大器包括共發(fā)射極、共集電極和共基極放大器，這幾種放大器是根據(jù)三極管輸入、輸出回路共用哪個(gè)電極劃分的。如果根據(jù)三極管在放大信號(hào)時(shí)的信號(hào)工作狀態(tài)和三極管靜態(tài)電流大小劃分，放大器主要有甲類、乙類和甲乙類3種，此外還有超甲類等許多種放大器。
甲類放大器就是給放大管加入合適的靜態(tài)偏置電流，這樣用一只三極管同時(shí)放大信號(hào)的正、負(fù)半周。在功率放大器中，功放輸出級(jí)中的信號(hào)幅度已經(jīng)很大，如果仍然讓信號(hào)的正、負(fù)半周同時(shí)用一只三極管來放大，這種電路稱為甲類放大器。
重要提示
在功放輸出級(jí)電路中，甲類放大器的功放管靜態(tài)工作電流設(shè)得比較大，要設(shè)在放大區(qū)的中間，以便使信號(hào)的正、負(fù)半周有相同的線性范圍，這樣當(dāng)信號(hào)幅度太大時(shí)(超出放大管的線性區(qū)域)，信號(hào)的正半周進(jìn)入三極管飽和區(qū)而被削頂，信號(hào)的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而被削頂，此時(shí)對(duì)信號(hào)正半周與負(fù)半周的削頂量相同，這樣非線性失真才最小。
(1)音質(zhì)好。由于信號(hào)的正、負(fù)半周用一只三極管來放大，這樣信號(hào)的非線性失真很小，聲音的音質(zhì)比較好，這是甲類放大器的主要優(yōu)點(diǎn)之一，所以一些音響中采用這種放大器作為功率放大器。
(2)輸出功率不大。信號(hào)的正、負(fù)半周用同一只三極管放大，使放大器的輸出功率受到了限制，即一般情況下甲類放大器的輸出功率不可能做得很大。
(3)電源消耗大。功率三極管的靜態(tài)工作電流比較大，沒有輸入信號(hào)時(shí)對(duì)直流電源的消耗比較大，當(dāng)采用電池供電時(shí)這一問題更加突出，因?yàn)閷?duì)電源(電池)的消耗大。
2.乙類放大器
乙類放大器不給三極管加靜態(tài)偏置電流，而且用兩只性能對(duì)稱的三極管來分別放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周，在放大器的負(fù)載上將正、負(fù)半周信號(hào)合成為一個(gè)完整周期的信號(hào)。
圖2-27所示是沒有考慮這種放大器非線性失真時(shí)的乙類放大器工作原理示意圖。
(1)輸出管無直流偏置電流。VT1和VT2構(gòu)成功率放大器輸出級(jí)電路，兩只放大管基極沒有靜態(tài)工作電流。輸入信號(hào)Ui1加到VT1基極，輸入信號(hào)Ui2加到VT2基極。
(2)正半周情況。由于加到功放級(jí)的輸入信號(hào)Ui1、Ui2幅度已經(jīng)足夠大，所以可以用輸入信號(hào)Ui1本身使VT1進(jìn)入放大區(qū)，這一信號(hào)經(jīng)VT1放大后加到負(fù)載RL，其信號(hào)電流方向如圖2-27中所示，即從上而下流過RL，在負(fù)載RL上得到半周信號(hào)1。VT1進(jìn)入放大狀態(tài)時(shí)，VT2管處于截止?fàn)顟B(tài)。
(3)負(fù)半周情況。半周信號(hào)1過去后，另半周信號(hào)Ui2加到VT2基極，由輸入信號(hào)Ui2使VT2進(jìn)入放大區(qū)，VT2放大這一半周信號(hào)，VT2的輸出電流方向如圖2-27中所示，即從下而上地流過負(fù)載電阻RL，這樣在負(fù)載電阻上得到負(fù)半周信號(hào)2。VT2進(jìn)入放大狀態(tài)時(shí)，VT1處于截止?fàn)顟B(tài)。
(4)輸出功率大。輸入信號(hào)的正、負(fù)半周各用一只三極管放大，可以有效地提高放大器的輸出功率。
(5)用信號(hào)直接導(dǎo)通輸出管。輸入功率放大管的信號(hào)幅度已經(jīng)很大，可以用輸入信號(hào)自身電壓使功率放大管正向?qū)ǎM(jìn)入放大狀態(tài)。
(6)省電。在沒有輸入信號(hào)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，不消耗直流電源，這樣比較省電，這是這種放大器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。
(7)交越失真。由于三極管工作在放大狀態(tài)下，三極管又沒有靜態(tài)偏置電流，而是用輸入信號(hào)電壓給三極管加正向偏置，這樣在輸入較小的信號(hào)時(shí)或大信號(hào)的起始部分，信號(hào)落到了三極管的截止區(qū)，由于截止區(qū)是非線性的，將產(chǎn)生如圖2-28所示的失真。
圖2-27 沒有考慮非線性失真時(shí)乙類放大器工作原理圖
從乙類放大器輸出信號(hào)波形中可以看出，其正、負(fù)半周信號(hào)在幅度較小時(shí)存在失真，放大器的這種失真稱為交越失真。這種失真是非線性失真中的一種，對(duì)聲音的音質(zhì)破壞嚴(yán)重，所以乙類放大器不能用于音頻功率放大器中，只用于一些對(duì)非線性失真沒有要求的功率放大場(chǎng)合。
3.甲乙類放大器
為了克服交越失真，必須使輸入信號(hào)避開三極管的截止區(qū)，可以給三極管加入很小的靜態(tài)偏置電流，以使輸入信號(hào)“騎”在很小的直流偏置電流上，這樣可以避開三極管的截止區(qū)，使輸出信號(hào)不失真，如圖2-29所示。
VT1和VT2構(gòu)成功率放大器輸出級(jí)電路，電阻R1和R2分別給VT1和VT2提供很小的靜態(tài)偏置電流，以避開兩管的截止區(qū)，使兩管進(jìn)入微導(dǎo)通狀態(tài)，這樣輸入信號(hào)便能直接進(jìn)入三極管的放大區(qū)。
從圖2-29中可以看出，輸入信號(hào)Ui1和Ui2分別“騎”在一個(gè)直流偏置電流上，用這一很小的直流偏置電流避開三極管的截止區(qū)，使兩個(gè)半周信號(hào)分別工作在VT1和VT2的放大區(qū)，達(dá)到克服交越失真的目的。
(1)功率放大管剛進(jìn)放大區(qū)。甲乙類放大器同乙類放大器一樣，用兩只三極管分別放大輸入信號(hào)的正、負(fù)半周信號(hào)，但是給兩只三極管加入了很小的直流偏置電流，以使三極管剛剛進(jìn)入放大區(qū)。
圖2-28 交越失真示意圖
圖2-29 克服交越失真示意圖
(2)具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)，且克服了它們的缺點(diǎn)。由于給三極管所加的靜態(tài)直流偏置電流很小，在沒有輸入信號(hào)時(shí)放大器對(duì)直流電源的消耗比較小(比起甲類放大器要小得多)，這樣具有乙類放大器的省電優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)榧尤氲钠秒娏鞅荛_了三極管的截止區(qū)，對(duì)信號(hào)不存在失真，又具有甲類放大器無非線性失真的優(yōu)點(diǎn)。
所以，甲乙類放大器具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了這兩種放大器的缺點(diǎn)。甲乙類放大器因無交越失真和省電的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于音頻功率放大器中。
重要提示
當(dāng)這種放大電路中的三極管靜態(tài)直流偏置電流太小或沒有時(shí)，就成了乙類放大器，將產(chǎn)生交越失真;如果這種放大器中的三極管靜態(tài)偏置電流太大，就失去了省電的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也造成信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的減小。
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