晶体管电路设计 精讲 第十七贴 推挽型射随放大器.docx

晶体管电路设计精讲第十七贴推挽型射随放大器 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8。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。我们来分析一下，首先8。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8。，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8。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。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。照片次9进捋撤视的射槌厩随器项载 lOOdXZOO/divilV/div)r常射横剧fi&器农敏成推挽式.到不需妾空暇:成施皿融M： 口V厨逝发十品峥管的开K失R)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。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：2SD14(hfi +15V图3, !i对并关失义改眷启的推挽射槌跟跚器f在中点附近、两表林体浩役A同时峡此师样宋制作偏重，开美尖直就消。用两个 二栈瞥的序降对扉体管的矽站进行补止）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。1 V1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。简片土1 &避后的推挽型财段跟成罚负我I的由，MOOwHBe，SV/diM- * v/div）r甘岛侔管的偏置祚一理政莅棠改舞开:X：卖厦，»】IW 的詹mr影也跳非南漂备的、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：该电路是用两个二械管的压降抵消两个晶体管的基极发射极间电RV隹强 半射I司的极管为ON写QFF的交界状冬所以可以认为.品体管的空载电流儿 乎为口田此无信可时'信没有从体管的没商题、电路的效率也勺图3. 7电路样.这样的电路在输出状态时总是有一个三极管截止，正半周时下管截止，负半 周时上管截止。这种电路我们称其为B类放大器。而象以前，单个晶体管的电 路，不论信号如何变化，三极管总是有电流流过，我们称其为A类放大器。很 显B类放大器比A类放大器的效率要高的多。好了，事情到这里显得很完美，B类虽然多用了一个三极管，但带来了很高 的效率提升，不工作时静态电流为0，工作时几乎全马力输出。但事实真的是这 样吗？要知道完美的事物也同样意味着不可能。注意上面画红线的一段话“基极-发射极间的二极管为ON与OFF的交界状 态”。要想实现完美的B类放大，也就是静态电流为0这种效果，要求的是新加 入的二极管和三极管的BE结的特性完全相同。二极管的固有压降不会比三极管 BE结的固有压降高，也不会低，刚刚好在这样一个临界点上。世界上有两片完 全相同的树叶吗？所以，也不可能有这样的二极管。这仅只是我们制做完美B 类放大器所遇到的问题之一，还有很多其它问题比如温度，电源电压的波动，甚 至PCB布线的长短都使这种完美的工作状态只存在于想象之中。事实上，这种不匹配情况的存在，有两种可能，第一种，二极管的压降稍小 于三极管BE结的压降，后果是交越失真又出现了，只不过范围变的很小是两个 压降之差。第二种可能，三极管的压降稍大于三极管的BE结压降，后果是在没 有信号时三极管就已经稍稍的导通了，静态电流不再为0。而且我们要知道在线 性区，三极管的集电极电流对BE结的电压变化是很敏感的，BE结电压增加60mV， 则集电极电流增加10倍。这时候，BE结上微小的电压增大，就有可能会造成很 大的集电极电流，这时候B类放大器的所有优点也就随风而去了。而引起BE结 电压变化的因素很多，温度（三极管的Vbe有2.1mV/摄氏度的温度特性），电 源波动，二极管的不匹配等等必须要控制，否则这个电路在实际应用中就变成了一个使用条件极其苛刻而 且性能极不稳定的定时炸弹。i I EE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。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