功率放大電路教學(xué)重點剖析

唐靈飛

摘 要：筆者學(xué)校針對現(xiàn)電子技術(shù)基礎(chǔ)教材理論知識深而不詳，實踐操作內(nèi)容與理論知識脫節(jié)的弊端，對現(xiàn)行的專業(yè)教材進行了精簡、補充、組合，形成了模塊式自編教材，并對其中的重點、難點進行了詳細(xì)剖析。

關(guān)鍵詞：自舉電容 Proteus仿真 仿真電路調(diào)整

目前，職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)基礎(chǔ)專業(yè)教材版本較多，大多數(shù)理論教材以O(shè)TL互補對稱功率放大電路為例講解電路的組成、電路工作原理和功放的交越失真，而實習(xí)教材采用的是帶自舉電容的實用OTL功放電路。這兩種教材銜接不緊密，內(nèi)容介紹比較籠統(tǒng)，給教學(xué)帶來一定困難。

圖 實用OTL功率放大電路

如上圖所示，若將理論教材上我們通常采用的功率放大電路應(yīng)用于實際電路，實習(xí)教材上的實用OTL功率放大電路（電壓表、四通道示波器是為電路仿真所設(shè)）它至少還存在下述幾個問題。

一、設(shè)置靜態(tài)工作點

首先，在電路中我們要設(shè)置直流偏置，否則放大信號將產(chǎn)生失真，對于直接耦合的放大器如何保證其靜態(tài)工作點穩(wěn)定，即保證中點A點電壓為電源電壓的一半。我們通過增加一個電阻R2（R2=R2+RW1，以下類同）的方法解決，其靜態(tài)工作點及其穩(wěn)定過程如下：

R2是Q1基極的上偏置電阻，其偏置電壓取自中點電壓VA，由于VA為中點電壓，所以VB必須調(diào)整滿足。因為，VB=Vcel，Vce1=Vcc-Ic1（R3+RW2）（RW2=RW2+RD1，以下類同），所以VB=Vcc-Ic1（R3+RW2），我們可以通過調(diào)整Q1的偏置電阻R2來達到改變Ic1的大小，使。注意的是調(diào)整R2的主要目的并不是要改變Ic1的大小，而是要使，即中點電壓等于電源電壓的一半。由于Q1發(fā)射結(jié)偏置電壓通過R2取自中點電壓VA，所以是中點電壓的穩(wěn)定得到了自動控制。下面我們來分析其自動控制過程。

設(shè)溫度上升引起中點電壓VA上升，那么R2電阻返回給Q1的電壓也必然使Vbe1電壓上升。由三極管特性可知，Vbe1上升將引起Ib1上升，Ic1上升，又引起VB下降。由于VA上升，VB下降，故Vbe3大大增加，即引起Q3導(dǎo)通而使中點電壓VA下降。因此，若VA有上升的趨勢，電路將產(chǎn)生上述的負(fù)反饋加以阻止，中點電壓VA的自動穩(wěn)定過程也可用下列方法表示：

由于A點是交流信號的輸出端，因此，R2同樣將音頻信號負(fù)反饋到Q1的輸入端，所以能起到改善音質(zhì)的作用。

其次，為了克服放大器的交越失真，Q2、Q3發(fā)射結(jié)要提供適當(dāng)?shù)钠秒妷海鐖D中增加的電阻RW2。Q2、Q3的靜態(tài)偏置電壓是取自Ic1在RW2上產(chǎn)生的直流電壓降，對于鍺三極管，RW2兩端的電壓降取0.4V左右，硅三極管取1.2V左右就能滿足Q2和Q3發(fā)射結(jié)偏置的需要，就能克服交越失真。由于RW2兩端的電壓很小，所以就可以視B和B點為交流等電位，因此，增加RW2這個電阻并不影響電路的交流工作狀態(tài)，但它卻使放大電路偏置正常。

二、提高OTL功率放大電路的功率增益

理論上的功率放大管是工作在共集電極工作狀態(tài)，功率放大倍數(shù)低，那么如何提高功放電路的功率增益呢？

我們可以把基礎(chǔ)電路改變一下并增加一個電解電容C2。如前文圖所示，這樣由Q1輸出的信號電流在R3上信號電壓降一端送Q2、Q3的基極，另一端通過C2耦合送給Q2、Q3的發(fā)射極。對于Q2、Q3而言增加一個電解電容器C2，輸入信號從作用到三極管的基極與集電極轉(zhuǎn)換為作用到三極管的基極與發(fā)射極，經(jīng)這一轉(zhuǎn)換后功放電路便成為共發(fā)射極放大電路，使功放電路功率增益得到提高。三種基本放大電路的特點對比如下表。

表 三種基本放大電路的特點

共發(fā)射極放大電路 共基極放大電路 共集電極放大電路

電流放大倍數(shù) 大（10～250） 最?。孕∮?） 大（10～250）

電壓放大倍數(shù) 大（大于1） 大（大于1） 小（略小于1）

功率放大倍數(shù) 最大 一般 一般

電阻R5是為了防止在增加電解電容C2后將功放電路輸出的交流信號短路而設(shè)置的。C2電解電容除上述作用外還有一個重要的功能，“自舉”作用。因此，我們稱C2為自舉電容，下面我們詳細(xì)分析自舉電容C2的作用。

當(dāng)沒有自舉電容C2時，設(shè)Q1輸出正弦波的正半周B點電壓升高，使Q2導(dǎo)通，如果輸入大信號時，即B點變得很高，隨著Q2的導(dǎo)通，A點電位也變得很高（靠近電源正電位），當(dāng)A點電位接近B點電位時，電源Vcc已無法通過R3向Q2提供基極電流。因此在大信號時，由于A點電位的變化限制了Q2的動態(tài)范圍，使放大器在大信號時產(chǎn)生失真。當(dāng)有自舉電容C2時，在無外來信號輸入時，A點電壓為，這時C2電容也充有的直流電壓，其電壓極性為上正下負(fù)。由于電容器的電容量較大，所以在有外來信號輸入時，可以認(rèn)為電容C2兩端直流電壓Vc2不變，因此點C的電壓為。由于R5的阻值較小，忽略其端電壓。在靜態(tài)時，Vc電壓約等于電源電壓Vcc。當(dāng)Q1輸出幅度較大的正半周時，Q2導(dǎo)通，VA電壓上升為電源電壓Vcc。由于電容兩端電壓不能突變，這時C點電壓為，即C點電壓被舉高。正是由于C點電壓被舉高，它才能向Q2注入足夠的基極電流。使Q2繼續(xù)導(dǎo)通，VA電壓從上升為Vcc。因此，自舉電容的作用是在大信號時將C點電位舉高到，從而增加了Q2的動態(tài)范圍，使放大器在大信號輸入時不產(chǎn)生信號失真，這就是自舉電容C2的功能。

三、功率放大器靜態(tài)工作點的調(diào)整與檢修

包括激勵級在內(nèi)的實用互補對稱OTL功率放大器，Q2、Q3為兩個串聯(lián)供電的對稱管，必須使A點電壓為電源電壓的一半。由于中點A的電壓，因此在電路中可通過調(diào)整Q1偏置電阻R2來改變Ic1的大小，使，即。

在圖中，D1、RW2電阻的加入是向Q2、Q3提供一定的靜態(tài)電流，消除放大器的交越失真。Q2、Q3的偏置電壓是取自Q1集電極電流Ic1在D1、RW2兩端產(chǎn)生的電壓降VBB。當(dāng)Q1靜態(tài)工作點Ic1確定之后，調(diào)節(jié)RW2的電阻值便可調(diào)節(jié)偏壓VBB。當(dāng)RW2阻值上升時，VBB電壓值增大，即兩個三極管Q2、Q3的Vbe電壓增大，使Ic2、Ic3電流增大。因此，安裝和調(diào)試這類放大器，RW2的電阻值必須由零阻值開始逐漸增大，切不能斷開RW2，否則將造成VBB很大，引起Ic2、Ic3很大，而燒壞Q2、Q3三極管。調(diào)整電路時，先調(diào)節(jié)VBB為最小再調(diào)整A點中點電壓，其目的是防止Ic1電流過大時，導(dǎo)致Ic2、Ic3太大而損壞Q2、Q3。根據(jù)圖示，用Proteus軟件繪成的實用OTL功率放大電路進行仿真測試，在A點加一個電壓表可以監(jiān)測VA的電壓，在B、B之間加一個電壓表可以監(jiān)測VBB電壓，調(diào)整RW1的電阻值，監(jiān)測電壓表，使中點電壓，如果Vcc=5V，VA=2.5V。在調(diào)整過程中RW1阻值增大，VA電壓數(shù)值升高；反之亦然。當(dāng)中點電壓VA=2.5V時，應(yīng)確認(rèn)RBB電阻值為在最小的前提下。由于RW1和RW2電阻值變化會略微影響調(diào)定的電壓值，因此需反復(fù)幾次微調(diào)RW1和RW2的電阻值。確認(rèn)VA=2.5V，VBB=1.26V后，OTL功率放大器的偏置調(diào)整就結(jié)束了。然后，在電路的輸出端接一個四通道示波器，通過示波器可以觀察到：一是當(dāng)RW2調(diào)到最小位置的交越失真。二是當(dāng)斷開自舉電容C2，輸入大信號時的頂部失真。三是當(dāng)接入自舉電容C2，輸入大信號時，輸出完整的波形。

在偏置的調(diào)整過程中，若無論怎么調(diào)節(jié)RW1都調(diào)不到VA=2.5V，故障可歸納為下面兩類：一是VA調(diào)不小，數(shù)值始終大于2.5V，甚至接近電源電壓，這是Q1的集電極電流Ic1數(shù)值太小的緣故。其原因是RW1損壞、Q1基極短路或Q1不良。二是VA調(diào)不大，數(shù)值始終小于2.5V，甚至接近零伏，這多數(shù)為Q1集電極電流Ic1數(shù)值太大的緣故，其原因是Q3和Q1的發(fā)射極與集電極極間擊穿。

以前，學(xué)生了解的功率放大電路只是一個表面性的、理論性的。通過我們對實用OTL功率放大電路深入剖析，提高了學(xué)生分析問題的綜合能力，這是知識的一種升華，為教師提高教學(xué)質(zhì)量，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能打下堅實的基礎(chǔ)。

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（作者單位：洛陽高級技工學(xué)校）