【正文】 很差，人們更多采用的是準互補電路，通過小功率硅管與一只大功率的NPN硅管復合，得到一只極性與PNP管類似的大功率管，降低了電路因對稱性差而招至的失真。到了六十年代末，大功率的PNP硅管商品化的時候，互補對稱電路才得到廣泛的應用。元器件的進步使晶體管功率放大器的技術指標產生了質的飛躍，在主觀音質評價方面，也改變了過去人們對晶體管功放的看法，無論是在廳堂擴音、電臺節(jié)目制作還是家庭重放，晶體管功放都被大量地采用，首次在數(shù)量上以壓倒性的優(yōu)勢超過了電子管功放。在商品化的晶體管擴音機中，相繼出現(xiàn)了一些璀璨奪目的名機，如JBL的SA600，Marantz互補對稱電路Model15等等。盡管電子管的擁護者仍大量存在，人們畢竟能夠比較公正地看待晶體管放大器了，認為晶體管機頻響寬闊，層次細膩，與電子管機比較起來有一種獨特的艙力，而不是簡單的誰取代誰的問題[2]。瞬態(tài)互調失真的大意是：在直接耦合的晶體管放大電路中，為了得到很小的諧波失真度和寬闊平坦的頻率響應，通常對整體電路施加深達40dB60dB的負反饋，倘若在加負反饋前放大器的開環(huán)失真為10％，那么加上40dB的負反饋后，％，這是電子管功效難以做到的。晶體管功放由于要施加40dB60dB的負反饋，所以對一臺增益要求為26dB的放大器，它的開環(huán)增益就要達到6686dB。三. 現(xiàn)代功放的整體結構現(xiàn)代音樂講究各聲部之間的乎衡與統(tǒng)一，美術以色彩搭配均衡、和諧為美，在服裝設計中，常常采取看似不對稱的設計，其實質也是為了取得視覺上的均衡。上面所說的都是藝術，對稱和平衡給人一種安定完美的感覺。有意思的是，在功率放大器中，對稱和平衡也有類似的效果。最初采用對稱設計的例子要算互補對稱電路了，一上一下的兩只異極性晶體管作推挽輸出，不僅可以免除笨重的輸出變壓器，而且電路的偶次諧波失真在推挽的過程中被抵消了，保真度有了很大提高。稍后，人們從運算放大器的設計中得到啟迪，將左右對稱的差動式電路用于功率放大器的輸入級，電路的穩(wěn)定性和線性都得到改善，這一結構直至今天都還有人采用。如果以現(xiàn)代的眼光來審評，這一電路是顯得過時了一點。電路的主要缺陷在于電壓推動級，因為Q1承擔了提供電壓增益的主要任務，必然是開環(huán)失真很大，頻帶狹窄。除典型的OCL放大器外，單管放大的過載能力也很差，這一系列的缺點是不利于電路的動態(tài)性能的。圍繞著改進電壓推動級的性能，人們相繼提出了多種結構，共射共基電路就是一個典型的例子。但仍是一種不平衡的設計，這一限制來源于輸入級。如果把輸入級變動一下，從互補推挽的集電極輸出信號，那么電壓推動級就可以再增加一組NPN管構成的共射一共基電路，做到推挽輸出，這時電路也就非常對稱平衡了，幾乎達到了完美的程度，采用直接偶合的方式。 第二節(jié) 功率放大器簡介一. 功率放大電路的特點功率放大電路的主要要求是獲得一定的不失真(或失真程度在允許范圍內)的輸出功率，電路通常在大信號狀態(tài)下工作，其工作特點和對電路的要求與電壓放大電路有所不同，主要有： (1) 功率放大器的輸出功率盡可能大，因而需要輸出電壓和電流的幅值足夠大；(2) 功率放大電路在設計和調試過程中，必須把非線性失真限制在允許的范圍內；(3) 電路末級的三極管都采用功率管，它的極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO、PCM等應滿足實際電路正常工作時的要求，并要留有一定的余量。由于功率管的管耗較大，在使用時一般要加散熱器，以降低結溫，確保三極管安全工作；(4) 由于工作在大信號狀態(tài)下，功率管消耗的功率較大，在使用時必須考慮轉換效率和管耗問題。二. 功率放大電路的類型根據功率放大電路中三極管靜態(tài)工作點設置的不同，可分成：甲類、乙類和甲乙類。(1) 甲類：在甲類功率放大電路中設置合適的靜態(tài)工作點，就能將直流電源提供的能量按輸入小信號的變化規(guī)律轉換為所需要的形式供給給負載。表現(xiàn)出能對輸入信號的整個周期進行放大，輸出信號的非線性失真較小。但有較大的靜態(tài)工作電流，無論有無輸入信號，三極管在整個周期內都導通，導通角為360176。如圖11（a）所示。功放管的管耗大，電路的能量轉換效率低。在理想情況下，甲類放大電路的效率最高只能達到50%。 (2) 乙類：乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設置在截止區(qū)，如圖11(b)所示。乙類功率放大電路基本上無靜態(tài)電流，發(fā)射接正偏且大于發(fā)射節(jié)導通電壓時才導電，輸出信號產生嚴重失真，電路的能量轉換效率高，理想情形，%，但只能對半個周期的輸入信號進行放大，導通角為180176。(3) 甲乙類：甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點設置在放大區(qū)但接近截止區(qū)，如圖11(c)所示。 克服失真，在結構上采用兩只異型管組成對稱互補電路，但由于引起交越失真，所以又給電路設置合適的靜態(tài)工作點，使晶體管處于微導通，即工作狀態(tài)介于甲類和乙類之間。靜態(tài)工作點較低，導通角為180176。~ 360176。，既能提高電路的能量轉換效率，又能克服乙類功率放大電路的失真問題，目前應用較廣泛[3]。圖11 功率放大器的靜態(tài)工作點為進一步研究功放電路，先從比較簡單又典型的乙類功率放大器入手，下一章重點介紹該類電路，一般分為：OCL，OTL，BTL三種功率放大電路。第二章 OCL功放的設計思想第一節(jié) OTL、BTL、OCL功率放大電路的比較研究 一、OTL功率放大電路即單電源互補對稱功率放大電路：圖21 互補對稱式OTL功放電原理圖圖21所示是互補對稱式OTL功放電原理圖。采用阻容耦合方式，它具有非線性失真小，頻率響應寬，電路性能指標較高等優(yōu)點，是目前OTL電路在各種高保真放大器應用電路中較為廣泛采用的電路之一。：其中由晶體三極管T1是推動級，共放射級電路，對前級電壓電流進行放大，T2 ,T3是一對參數(shù)對稱的NPN和PNP型晶體三極管，它們組成互補推挽OTL功放電路。由于每一個管子都接成射極輸出器形式，因此具有輸出電阻低，負載能力強等優(yōu)點，適合于作功率輸出級。T1管工作于甲類狀態(tài)，它的集電極電流Ic1的一部分流經電位器RW2及二極管D給T2，T3提供偏壓。調節(jié)RW2，可以使T2，T3得到適合的靜態(tài)電流作于甲乙類狀態(tài)即處于微導通狀態(tài)，以克服交越失真。靜態(tài)時根據零輸入零輸出特性要求輸出端中點A的電位 UA=1/2UCC，可以通過調節(jié)RW1來實現(xiàn)，又由于RW1的一端接在A點，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點，同時也改善了非線性失真。 當輸入正弦交流信號Ui時,Ui的負半周使T2管導通(T3管截止),有電流通過負載RL,同時向電容C0充電,在Ui的正半周 ,T3導通(T2截止),則已充好的電容器C0起著電源的作用,通過負載RL放電,這樣在RL上就得到完整的正弦波。C2和R構成自舉電路,用于提高輸出電壓正半周的幅度,以得到大的動態(tài)范圍[4]。 綜上，該電路在靜態(tài)時輸出不為零，因此并不理想。二. BTL功放電路1. BTL電路的基本結構和工作原理 BTL(Bridge Transformer Less)功放電路又稱作橋式平衡功放電路。它實質上是兩個特性對稱的OTL放大器(或OCL放大器)的對稱組合，其基本簡易電路如圖23所示。即用一組電源Vcc(Vcc的大小與原OTL電路一樣)供電，把兩個OTL放大器的功率輸出管VTVT2和VTVT4組成橋式接法，四只功率管分別是橋的四臂[5]。圖22 BTL功放電路靜態(tài)時，由于OTL電路相互對稱，因而電橋處于平衡狀態(tài)，負載上無直流電流流動，則負載上的電壓為0，即無負載影響，從而可以不接輸出電容而采用直接耦合。 動態(tài)時，輸入信號由倒相電路分離，在同一時間內，分別輸出正、負半周信號去推動這兩組輸出電路(即VTVT2和VTVT4)。設在輸入信號的正半周期間，倒相電路左邊輸出正信號使VT1導通，右邊輸出負信號使VT4導通，從而產生輸出電流ic1流經負載，其流向為：Vcc正極→VT1的C極→VT1的E極→RL→VT4的E極→VT4的C極→Vcc負極，在RL上得到正半周的輸出信號。這時，VTVT4導通；ICM1=Vcc/RL。同理，在輸入信號的負半周期間，倒相電路左負右正。使VTVT3導通，信號電流ic2流經RL產生負半周輸出信號，其流向為：Vcc正級→VT3的C極→VT3的E極→RL→VT2的E極→ VT2的C極→Vcc負極，且Icm2的大小也為Vcc/RL。不論正半周或負半周，加于負載RL上的最大輸出電壓Vcm均為Vcc。 BTL電路的電流利用率高，可在低電源電壓下得到較大的輸出功率。電路的輸出中點，即揚聲器中心始終保持零電位，因而，電沖擊比其他無變壓器電路要小得多。此外，由于電路的對稱性，使得同相輸入干擾能基本上互相抵消，把偶次諧波干擾也減到最小程度，電路的交流聲和失真度極小。但一般情況下很難得到參數(shù)相同的OTL（或OCL）放大電路，所以經常不易采用該放大電路。三．OCL功率放大電路1. 基本OCL功率放大器即雙電源互補對稱功率放大器圖23基本OCL功率放大器圖23電路中，VT1和VT2管分別是NPN 型管和PNP 型管，調節(jié)電路使VD1和VD2兩端的電壓滿足VT1和VT2處于微導通狀態(tài)，當輸入信號處于正弦信號正半周時，VT2截止但必小與反向擊穿電壓U(BR)CEO，VT1承擔放大作用，有電流通過負載RL；當輸入信號處于正弦信號負半周時，VT1截止，VT2承擔放大作用，仍有電流通過負載RL，在克服交越失真時輸出電壓uo為完整的正弦波。這種互補對稱電路實現(xiàn)了在靜態(tài)時晶體管不取電流，由于電路對稱，在負載上直流電源只提供半個周期的電流，按輸入信號的形式轉換到負載上，所以輸出電壓uo=0，而在有信號時，VT1 和VT2輪流導電，組成推挽式電路。上圖所示的偏置電路是克服交越失真的一種方法，靜態(tài)時，在二極管VDVD2上產生的降壓為VT1和VT2管提供了適當?shù)钠珘海怪幱谖顟B(tài)。以下參數(shù)分析均以輸入信號是正弦波為前提，且忽略電路失真。1).輸出功率Po由于在輸出端獲得的電壓和電流均為正弦信號，根據功率的定義得 ()式中，Uom、Iom分別是負載上電壓和電流的峰值。由式可見，輸出電壓Uom越大，輸出功率越高，當三極管進入臨界飽和時，且不產生飽和和截止失真時，輸出電壓Uom最大，其大小為：Uom=VccUces. 若忽略Uces，則理想情況下Uom≈Vcc 故負載上得到的最大輸出功率為： ()2).直流電源提供的功率PE因為靜態(tài)時負載上無電壓，所以兩個直流電源各提供半個周期的電流，其峰值為Iom=Uom/RL。故每個直流電源轉換過來的平均電流為： ()因此兩個電源提供的功率為： () 輸出最大功率時，電源提供的功率也最大： ()3) 效率η輸出功率與電源提供的功率之比稱為功率放大器的效率。一般情況下效率為 ()理想情況下，忽略Uces，則Uom≈Vcc，得到理想近似情況下電路的最大效率為 ≈% ()4) 管耗Pv直流電源提供的功率與輸出功率之差就是消耗在三極管上的功率，即 ()由分析可知，當Uom=2Vcc/π≈，三極管總管耗最大，其值為 ()每個管子的最大功耗為: () 5) 功率管的選擇功率管的選擇必須滿足其極限參數(shù)且保有一定的余量才能滿足實際情況即有Icm、Pcm和U(BR)CEO等主要參數(shù)，還要考慮其工作環(huán)境及一些特殊要求，若想得到最大輸出功率，功率管的參數(shù)應滿足下列條件：，且要有一定的余量，即，即基極開路時集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓。因為這個電壓的大小與BJT的穿透電流Iceo直接相聯(lián)系，當管子的Vce增加，使Iceo明顯增大時，導致集電結出現(xiàn)雪崩擊穿。即必須滿足： 即一只三極管飽和導通時，另一只三極管承受的最大反向電壓約為2Vcc。 ，因為當Ic過大時，β值將會下降,放大能力差。β 值下降到一定值時的Ic即為Icm。則必須滿足： d