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晶体管电路设计 精讲 第十七贴 推挽型射随放大器

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goodays 发表于 2013-7-19 13:45:12 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
本帖最后由 goodays 于 2013-7-26 21:09 编辑

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晶体管电路设计 第十六贴 解决截止失真的方案


学习内容:
1、了解推挽射随放大器的工作原理
2、了解推挽射随放大器的电路特点


讲在前面的话:
      大家好,连续8天没有更新贴子,是因为在关注第十六贴的点击和回贴情况。大家都是在玩电路,应当知道一个没有反馈的系统是不稳定的,大家的点击和回贴就是我在写贴时的反馈。

      根据几天来的观察,发现大家对这个贴子并不是看得很深入,这应该是我写作的方法问题了,突出了大量的理论分析而少了一些与实际相结合的应用说明,既然发现了问题,没有道理不改正,所以在后面的贴子中我会逐步调整写作的方法,希望能有一个好的改变。
********************************

      在前面的贴子中,我们讲到了射随器的一个与生俱来的缺陷:即NPN型射随器不能产生灌电流,PNP型射随器不能产生拉电流。这个缺陷是由三极管本身的特性所决定的,其实际工作中在负载上所产生的灌电流(NPN)和拉电流(PNP)只能通过输出电容的放充电来形成,要想增大对负载的输出电流则只能通过增大静态电流即发射极电流来解决,但增大的静态发射极电流意味着更大的功率损耗。仍然是这个图,我们来看一下,如果这个射随器要在8Ω负载上输出1W的功率,会变成什么样。这也是很常见到的功放输出的要求。


001.png


      我们来分析一下,首先8Ω负载上要得到1W的功率,则很容易得到,输出电压有效值(RMS)是2.83V。但同时为了得到最高的效率,则Re应当与负载匹配也为8Ω,假设发射极电位为电源的一半(这样可以取得最大的输出幅度),则在静态时落在Re上的电压为7.5V,电流为0.94A,在电阻Re上的功耗为7W,在晶体管ce上的功耗也为7W。同时为了从电容上得到更大的充放电电流或者说因为Re和负载的减小,为了使低频段不会有大的滚降,则电容C2也必须要加大,至少要取100uF才可以基本保证原来的频率特性。

      综合上面的分析,我们可以得出,为了在8Ω的负载上得到1W的功率,而在Re和三极管上却损失了14W的功率。整个电流的效率低的不是一点儿半点了,而且对于元件的选择也有很大的提高,造成成本的上升。而引起这个问题的根本原因就在于NPN管不能形成灌电流,在信号的负半轴时,完全要靠电容的放电来实现输出。

      在前面我们已经说了,NPN管不能灌电流,PNP管不能拉电流,而电路的输出却要拉灌都具备,那么如果我们把NPN管和PNP管结合起来,在信号的正半周时由NPN管工作,发挥其拉电流的作用,在负半周由PNP管工作,发挥其灌电流的作用,这样不就避免了过大静态电流的问题了吗?这也就是我们今天所讲的推挽电路。


002.png


      从图中可以清楚的看到,当没有信号输入时,由于两个三极管的互相牵制,必然全部截止,则此时的静态电流为0,三极管中没有电流流过。当有信号输入时,上面的npn管在信号的正半周时导通(注意不是饱和那种导通),电流从电源经过三极管CE,输出电容向负载提供电流(拉电流)。此时,下面的pnp管因为基极电位相对发射极是向高电位变化,Vbe达不到0.6V,所以截止。当信号在负半轴时,基极电位降低,达到PNP管的导通要求,下管开始导通,上管截止,由PNP管向负载提供电流(灌电流)。此时电流的方向为输出电容正端经PNP管的CE,到地再到负载,返回输出电容负端。如果我们把这个电路上下拆分开来看的话,在负半轴PNP管工作时,其电源是由输出耦合电容提供的。
     

      刚才说过,因为在静态时两管截止,所以此电路在静态时不消耗电流,也就没有了静态时的损耗。而在有信号输入时,上下管的电流全部提供给了负载,此时的损耗仅只是三极管CE上的工作电压与负载电流的功率。可以说效率得到了极大的提高。也解决了单个三极管静态损耗大的问题。

      但是这并不是一个完美的电路,因为,三极管有一个Vbe的限制,也就是说当三极管的Vbe小于0.6V时,三极管是截止的。只有当Vbe大于0.6V以后,才能工作在放大状态。这就意味着输入信号在-0.6V至0V再至0.6V这个区间,不会被此电路放大,电路没有输出电流,负载上也不能得到任何有效的输出。下面我们来看一下,这个电路的输入和输出波形。


003.png


      这个图是书中给出的,是一个实际测量的图,我们可以发现在两个波形的交界处好象有点儿问题,但由于是照片所以看的不大清楚,只能模糊的看到在交界处时,有一条波形出现了一个平坦的部分。下面我们把这个图手工画一下,来看得更清楚些。


004.png


      这个图就清楚多了,我们可以看到,输出信号有一部分是平坦的,不能随着输入信号的变化而变化。这个平坦的部分就是两个三极管都截止的时间。图中我也做了标示,当输出信号在+0.6V以下时,上管因为Vbe过小而截止,而这时下管因为同样没有达到导通条件,也是截止的,于是平坦的部分开始出现了。

      这种情况,也是推挽放大器的一个固有缺陷,我们称其为交越失真。
对于一个放大器来说,虽然这个电路有省电的优点,但你不可能会为了省一些电而去虐待你的耳朵,假如这是一个功放的话。这种失真可以说是一种很严重的波形变形了,那么有没有办法解决呢?

      我们来回想一下这种失真出现的原因,实际上就是两管在+0.6V至-0.6V之间不导通造成的。那么,如果我们人为的给两管的基极一个电压,使其在信号的这个平坦区间时Vbe达到导通条件,那么不就可以进入到放大状态了吗?

      于是就有了下面这个改进后的电路:


005.png


      只是加入了两个二极管就能解决这个问题。如果你不明白这个图的原理的话,可以进行一下变化。把两个三极管的BE结分别看做一个二极管。


006.png


      对照这个图大家应该很轻松的看到,两个三极管的BE结在没有信号输入时就有了一个0.6V的电压。就相当于把0.6V以下(以上)的那部分给跳过去了,基极的电压变化是从0.6V(NPN)和-0.6V(PNP)开始的。而效果也很不错,书上给出了一个改进后电路的波形。


007.png

    从波形上来看,很完美的解决了交越失真的问题。书中也给出了关于这个电路的评价:


008.png


游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复

009.png

      这是改进后的电路,也是现在的商业功放中经常采用的办法。既然不能实现完美的匹配,干脆就过一些,让三极管中有一定的电流流过,然后通过电流负反馈来稳定三极管的集电极电流,使其受温度等因素影响较小。同时设置一定的人工调节机制(电位器)来调整Vbe,使其不会过大,也不会过小。这时候因为静态时三极管中有电流流过,所以再称乎其为B类放大器已经不合适了,它是介于A类(大电流)和B类(零电流)之间,我们给这种电路起了一个名字叫AB类放大器。通过调整电位器可以调节电路的静态电流,电流大的时候我们叫它偏A的AB类放大器,电流小的时候叫它偏B的AB类放大器。偏A的时候,波形失真小,偏B的时候有可能会出现交越失真。一般来说静态电流为最大信号时电流的十分一是一个很舒服的位置,损耗不大,失真很小。[/hide]

下面是家庭作业:
1、B类放大器在现实中存在吗?
2、分析上图,理解R3,R4是如何稳定静态电流的。(以前讲过)
3、这个电路仍有一些缺陷,你能发现并解决吗?(提示:与前级的推动部分有关。往输入输出阻抗上想)

祝愉快
Goodays

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精彩评论310

mildtiger 发表于 2013-7-19 14:06:50 | 显示全部楼层
看看学习学习。谢谢楼主
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mildtiger 发表于 2013-7-19 14:07:09 | 显示全部楼层
看看学习学习。谢谢楼主
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runtongli 发表于 2013-7-20 15:02:54 | 显示全部楼层
好好!很好资料!
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 楼主| goodays 发表于 2013-7-21 09:54:13 | 显示全部楼层
作业没有人做么?
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dzdr2009 发表于 2013-7-21 10:22:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 dzdr2009 于 2013-7-21 10:27 编辑

我觉得必须把贴主的所有贴子用手(必须用手)抄最少五遍(不使用复写纸)!
床头贴一张,厨房贴一张,客厅一张,卫生间一张,办公桌边一张!
只要跟着贴主认真学,我相信总有一天我也会成为仅次于贴主的高手!
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 楼主| goodays 发表于 2013-7-21 10:51:34 | 显示全部楼层
dzdr2009 发表于 2013-7-21 10:22
我觉得必须把贴主的所有贴子用手(必须用手)抄最少五遍(不使用复写纸)!
床头贴一张,厨房贴一张,客厅一张 ...

没有这么夸张吧!谢谢支持。
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fiygo 发表于 2013-7-22 09:52:45 | 显示全部楼层
看了一点,先顶,有疑问等看完再提
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fiygo 发表于 2013-7-22 14:03:51 | 显示全部楼层
看了两遍,基本跟着作者思路在走,要是让我一个人去分析,真没那个能力暂时,第三个作业没什么思路,多看看多记记吧先,哪天说不定自然就透了,用卖油翁的话:我亦无他,唯手熟尔
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403596616 发表于 2013-7-22 15:08:23 | 显示全部楼层
想学习一下
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