【文章內(nèi)容簡介】 . 溫度對(duì)BJT參數(shù)及特性都有影響，所以要考慮其工作溫度條件。第二節(jié) OCL立體聲功放機(jī)的設(shè)計(jì)一．OCL功率放大電路的特點(diǎn)OCL是英文Output Capacitor less的縮寫，意思是“沒有輸出電容器”的功放電路。它是一種雙電源互補(bǔ)對(duì)稱輸出的單端推挽電路，為甲乙類電路工作方式，是由OTL（無輸出變壓器）電路改進(jìn)設(shè)計(jì)而成的。它的特點(diǎn)是：前置、推動(dòng)、功放及至負(fù)載揚(yáng)聲器全部都是直流耦合的，零輸入零輸出，即省略了匹配用的輸入、輸出變壓器，也省略了輸出電容器，克服了低頻時(shí)電容器容抗使揚(yáng)聲器低頻輸出下跌，低頻相移的不足，以及浪涌電流對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊，避免了揚(yáng)聲器對(duì)電源不對(duì)稱，使正負(fù)半周幅度不同而產(chǎn)生的失真，為使零輸入零輸出特性，采用雙電源，損耗低，效率高，保真度好，成為當(dāng)今大功率放音設(shè)備的主流電路[6]。二． 簡單的OCL功放電路 圖24簡單的OCL功放電路圖24是乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。V1為NPN型管，V2為PNP型管，兩管參數(shù)完全對(duì)稱，稱為互補(bǔ)對(duì)稱管,兩管構(gòu)成的電路形式都為射極輸出器，電路工作原理分析如下:1) 靜態(tài)分析由于電路無靜態(tài)偏置電路，故兩管的靜態(tài)參數(shù)IBQ、ICQ、IEQ均為零，即兩個(gè)三極管靜態(tài)時(shí)都工作在截止區(qū)，無管耗，電路屬于乙類工作狀態(tài)。負(fù)載上無電流，輸出電壓uo=0。2) 動(dòng)態(tài)分析(1) 當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，ui0，且大于V1的偏置電壓，三極管V1導(dǎo)通，V2截止，管V1的射極電流ie1經(jīng)+VCC自上而下流過負(fù)載，在RL上形成正半周輸出電壓，uo0。(2) 當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，ui 0，且大小大于V2的偏置電壓，三極管V2導(dǎo)通，V1截止，管V2的射極電流ie2經(jīng)－VCC自下而上流過負(fù)載，在RL上形成負(fù)半周輸出電壓，uo0。 （3）綜上，則ui在0左右變化的過程中uo的輸出會(huì)在此產(chǎn)生交越失真。三． 總體設(shè)計(jì)思想進(jìn)一步分析電路后，為能給電路提供較為穩(wěn)定的電源，應(yīng)設(shè)置一個(gè)穩(wěn)壓源電路；又因?yàn)椴罘蛛娐凡粌H能有效的放大直流信號(hào)，而且能有效的減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移，并且具有很高的共模抑制比，所以常將差分放大電路作為功放的輸入級(jí)；要將信號(hào)再進(jìn)行放大即電壓電流都要放大，因此設(shè)置一個(gè)共射級(jí)的激勵(lì)級(jí)；最后輸出級(jí)應(yīng)加一個(gè)推挽電路，由兩個(gè)異型晶體管組成，可以是兩個(gè)參數(shù)相同的功率 BJT 管或MOSFET 管，以推挽方式存在于電路中，各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù)，電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，損耗小且效率高。終上所述，應(yīng)將電路分為以下四個(gè)部分：穩(wěn)壓源電路，差分輸入級(jí)，中間放大級(jí)，互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)?？傮w的結(jié)構(gòu)圖如圖25所示：中間放大級(jí)差分輸入級(jí)互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)穩(wěn)壓源電路圖25 OCL立體聲功放電路的總體結(jié)構(gòu)圖四． 分級(jí)設(shè)計(jì)電路1. 穩(wěn)壓源電路 交流穩(wěn)壓電源又稱交流穩(wěn)壓器，是將電力網(wǎng)交流電壓變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。直流電源的組成框圖及相關(guān)波形如下：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各工業(yè)、科研領(lǐng)域后，各種電子設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，電網(wǎng)直接供電已不能滿足需要，交流穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)解決了這一問題。一般將交流穩(wěn)壓源可分為: ①晶閘管交流穩(wěn)壓器。用晶閘管作功率調(diào)整元件,穩(wěn)定度高、反應(yīng)快且無噪聲,但對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。②磁放大器式交流穩(wěn)壓器。將磁放大器和自耦變壓器串聯(lián)而成，利用電子線路改變磁放大器的阻抗以穩(wěn)定輸出電壓。③滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器。通過改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置穩(wěn)定輸出電壓。④感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器?？扛淖冏儔浩鞔巍⒊跫?jí)電壓的相位差，使輸出交流電壓穩(wěn)定[7]。直流穩(wěn)壓電源又稱直流穩(wěn)壓器。它的供電電壓大都是交流電壓，當(dāng)交流供電電壓的電壓或輸出負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直接輸出電壓都能保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓器的參數(shù)有電壓穩(wěn)定度、紋波系數(shù)和響應(yīng)速度等。前者表示輸入電壓的變化對(duì)輸出電壓的影響。紋波系數(shù)表示在額定工作情況下，輸出電壓中交流分量的大小；后者表示輸入電壓或負(fù)載急劇變化時(shí)，電壓回到正常值所需時(shí)間。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導(dǎo)電式與開關(guān)式兩類。從工作方式上可分為：①可控整流型。用改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)整輸出電壓。②斬波型。輸入是不穩(wěn)定的直流電壓，以改變開關(guān)電路的通斷比得到單向脈動(dòng)直流，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定直流電壓。③變換器型。不穩(wěn)定直流電壓先經(jīng)逆變器變換成高頻交流電，再經(jīng)變壓、整流、濾波后，從所得新的直流輸出電壓取樣，反饋控制逆變器工作頻率，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓的目的。對(duì)一個(gè)OCL功率放大器而言，考慮到要提供一個(gè)雙電源的穩(wěn)定電壓，可以用一個(gè)帶中心抽頭的變壓器，輸出一正一負(fù)的電壓，再將交流信號(hào)進(jìn)行整流和濾波，可以得到穩(wěn)定的電壓+18V和18V，整流電路由四個(gè)二極管IN4007組成，濾波電容統(tǒng)一用四個(gè)1000uF的電解電容，電路設(shè)計(jì)如下： 圖26穩(wěn)壓源電路如上圖所示，變壓器初級(jí)線圈加了一個(gè)220V的交流電壓源，在次級(jí)線圈中產(chǎn)生兩個(gè)交流電源+15V和15V, 經(jīng)過四個(gè)二極管整流后，在A點(diǎn)得到+18V的電壓，在B點(diǎn)得到18V的電壓，提供直流電壓給后級(jí)的電路，為使輸出盡量不失真，又在后面加了四個(gè)濾波電容。2. 差分輸入級(jí)差分放大電路是由兩個(gè)參數(shù)特性相同的晶體管以直接耦合方式構(gòu)成的放大器。若兩個(gè)輸入端上分別輸入大小相同且相位相同的信號(hào)時(shí)，輸出為零，輸出差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)，從而克服零點(diǎn)漂移及輸入信號(hào)變化引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的變化，適于作直流放大器[8]。差分放大器是普通的單端輸入放大器的一種推廣，只要將差放的一個(gè)輸入端接地，即可得到單端輸入的放大器。很多系統(tǒng)在差分放大器的一個(gè)輸入端輸入信號(hào)，另一個(gè)輸入端輸入反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，使靜態(tài)工作點(diǎn)趨于穩(wěn)定。常用于電機(jī)或者伺服電機(jī)控制，以及信號(hào)放大。對(duì)與該題目“OCL功放”，選擇兩個(gè)9014的NPN管即可，他們所有的參數(shù)都一樣，構(gòu)成對(duì)管，并在兩管的發(fā)射極的交點(diǎn)處加上一個(gè)33千歐的負(fù)載電阻，提高其共模抑制比，和加入一定的負(fù)反饋。另外，輸入端加上一個(gè)10uF的電解電容，可以起到濾波的作用，同理，輸出端加上一個(gè)47uF的電解電容。設(shè)計(jì)圖如下：圖27差分輸入級(jí)如圖所示，為觀察信號(hào)的放大，應(yīng)在輸入端加入一定的交流信號(hào)，觀察其輸出的信號(hào)，所以接上IO1, IO2接地端。輸出端也應(yīng)相應(yīng)的接個(gè)端口，和輸入對(duì)應(yīng)。3. 中間放大級(jí)三極管對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大作用時(shí)在電路中可有三種不同的連接方式（或稱三種組態(tài)），即共（發(fā)）射極、共集電極和共基極接法，這三種接法分別以發(fā)射極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的交流公共端。由于共射極電路電壓電流增益都大于1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，適于低頻；共集電極放大電路只有電流放大作用，即只有電壓跟隨作用，輸入電阻高，輸出電阻小，頻率特性好；共基極放大電路只有電壓放大作用，輸入電阻小，輸出電阻與集電極電阻有關(guān)，高頻特性好。綜合考慮，中間放大級(jí)采用共發(fā)射極放大電路。[9]共發(fā)射極基本放大電路的采用的是NPN管。為保證放大電路能夠不失真地放大交流信號(hào)，放大電路的組成應(yīng)遵循以下原則：1) 保證三極管在整個(gè)輸入信號(hào)過程中工作在放大區(qū) 2) 保證信號(hào)有效的傳輸，不會(huì)產(chǎn)生失真對(duì)于改設(shè)計(jì)來說，用共發(fā)射極基本放大電路作為中間放大級(jí)就可以了，能夠達(dá)到將信號(hào)進(jìn)一步進(jìn)行放大的目的，設(shè)計(jì)圖如下： 圖28中間放大級(jí) 易得，輸入從基級(jí)輸入交流信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，顯然是個(gè)共射級(jí)的放大電路，可以起到中間放大的作用。4. 互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路 因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)的實(shí)際應(yīng)用中，單管的BJT組成的放大電路往往不能滿足特定的增益、輸入電阻、輸出電阻等要求，為此，常把三種組態(tài)中的兩種進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，以便發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，獲得更好的性能。如下，輸出級(jí)是采用共射共射放大電路，以提高放大增益?！　』パa(bǔ)推挽放大器中的“互補(bǔ)”是指：采用兩種不同極性的三極管，利用不同極性三極管的輸入極性不同，用一個(gè)信號(hào)來激勵(lì)兩只不同極性的三極管，這樣可以不需要有兩個(gè)大小相等、相位相反的激勵(lì)信號(hào)。電路中，一個(gè)是NPN型三極管，另一個(gè)是PNP型三極管，兩只三極管的基極相連，在兩管的基極加一個(gè)音頻輸入信號(hào)作推動(dòng)信號(hào)。 　　兩管基極和發(fā)射極并聯(lián)，由于兩只三極管的極性不同，基極上的輸入信號(hào)電壓對(duì)兩管而言一個(gè)是正向偏置，一個(gè)是反向偏置。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，兩管基極同時(shí)電壓升高，此時(shí)輸入信號(hào)電壓給一管加上正向偏置電壓，所以該管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)。由于基極電壓升高，對(duì)另一管來講加上反向偏置電壓，所以該管處于截止?fàn)顟B(tài)。 輸入信號(hào)變化到負(fù)半周后，兩管基極同時(shí)電壓下降，給另一管正向偏置，使該管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而一管又進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)[10]。這種利用NPN型和PNP型三極管的互補(bǔ)特性，用一個(gè)信號(hào)來同時(shí)激勵(lì)兩只三極管的電路，稱之為“互補(bǔ)”電路，由互補(bǔ)電路構(gòu)成的放大器稱為互補(bǔ)放大器電路。由于兩個(gè)異極性管工作時(shí)，一只三極管導(dǎo)通、放大，另一只三極管截止，工作在推挽狀態(tài)，所以稱為互補(bǔ)推挽放大器?；パa(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中，要求兩個(gè)功放管完全對(duì)稱，這對(duì)于大功率管來說實(shí)現(xiàn)起來比較困難。實(shí)際工作中，常常采用復(fù)合管的接法（達(dá)林頓管）來實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。對(duì)于該設(shè)計(jì)，考慮到可能出現(xiàn)交越失真，所以應(yīng)加入前向偏置電路，使輸出的波形不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，這里用一個(gè)220歐電阻和一個(gè)二極管IN4148來組成該偏置電路，克服交越失真。用一個(gè)9014的NPN管和一個(gè)2N3055A的NPN管組成一個(gè)NPN的復(fù)合管；再用一個(gè)9012的PNP管和一個(gè)2N3055A的NPN管組成一個(gè)PNP的復(fù)合管，以使得這一對(duì)復(fù)合管是完全對(duì)稱的，達(dá)到輸出的要求。設(shè)計(jì)圖如下： 圖29互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路 由上圖可知，VT4，VT6組成的NPN管與VT5，VT7組成的PNP管構(gòu)成推挽式電路，在IN端由信號(hào)時(shí)，兩個(gè)復(fù)合管輪流導(dǎo)電。四. OCL功放電路 為達(dá)到完美的立體聲效果，采用雙通道，即左聲道和右聲道，右聲道的組成結(jié)構(gòu)同左聲道相同，由三部分組成：差分輸入級(jí)，中間放大級(jí)和互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)，變壓器的輸出信號(hào)經(jīng)過整流濾波后的信號(hào)為兩個(gè)聲道提供電壓。再加上兩對(duì)輸入端和輸出端，以便于計(jì)算機(jī)仿真和調(diào)試。改設(shè)計(jì)是典型的OCL電路，它具有穩(wěn)定性高、頻響范圍寬、保真度好等優(yōu)點(diǎn)，它適合廣大電子愛好者和音響發(fā)燒友裝配使用。最終的設(shè)計(jì)電路OCL立體聲功放電路如下：圖210 OCL立體聲功放電路由圖210易看出，揚(yáng)聲器與放大器的輸出端是直接耦合，中間省掉了隔直流用的輸出電容，為了使電路輸出端的直流電位為零伏，采取了正負(fù)對(duì)稱電源供電，差分放大器輸入等措施。圖中VTVT2是差分放大輸入級(jí)，VT3是激勵(lì)級(jí)，VT4~ VT7是復(fù)合互補(bǔ)輸出級(jí)。音頻信號(hào)經(jīng)過耦合電容C1和R1送到VT1的基極，經(jīng)放大后，由VT1的集電極輸出，并送至VT3進(jìn)一步大，VT3集電極輸出的激勵(lì)信號(hào)去推動(dòng)功率輸出級(jí)VT4～VT7工作，這樣經(jīng)功率放大后的音頻信號(hào)可推動(dòng)揚(yáng)聲器工作。為了便于進(jìn)一步分析，可將圖210簡化為圖211的形式。VT4和VT6復(fù)合后等效為一只NPN型晶體管，而VT5和VT7復(fù)合等效為一只PNP型晶體管。從圖210電路的VTVT6和VTVT7以及電源濾波電容CC10可以看出，它們相當(dāng)于一個(gè)電橋。當(dāng)VTVT6和VTVT7完全相同，CC10也完全相同時(shí)，橋臂平衡，揚(yáng)聲器沒有直流通過。若正負(fù)兩組電源完全對(duì)稱，則可以保證輸出端電位為零伏。圖211 OCL立體聲功放電路的簡化圖由于電路全部是直接耦合，環(huán)境溫度和元件參數(shù)的任何變化都會(huì)影響輸出端(A點(diǎn)，圖211中)的電位。為此，VTVT2組成了差分放大器以克服零點(diǎn)漂移，電路中還施加了直流負(fù)反饋，即輸出端通過R6加至VT2的基極，這樣可以保證輸出端(A點(diǎn))的電位為零伏。其反饋過程是: A點(diǎn)電位↑—ube2↑—ie2↑—ur4↑—ubel↓—icl↓—ucl↑