音頻功率放大器電路知識分享-KIA MOS管

音頻功率放大器電路結(jié)構(gòu)和單元電路作用

1.電路組成方框圖

圖2-26所示是音頻功率放大器電路組成方框圖。這是一個多級放大器，由最前面的電壓放大級、中間的推動級和最后的功放輸出級共三級電路組成。

重要提示

電路分析中，時常需要識別一個電路的前、后相關(guān)聯(lián)電路，這有利于了解信號的“來龍去脈”。與音頻功率放大器前、后連接的電路是：負(fù)載為揚(yáng)聲器電路，輸入信號Ui來自音量電位器RP1動片的輸出信號。

2.音頻功率放大器中各單元電路作用

(1)電壓放大級。用來對輸入信號進(jìn)行電壓放大，使加到推動級的信號電壓達(dá)到一定的程度。根據(jù)機(jī)器對音頻輸出功率要求的不同，電壓放大器的級數(shù)不等，可以只有一級電壓放大器，也可以是采用多級電壓放大器。

(2)推動級。用來推動功放輸出級，對信號電壓和電流進(jìn)行進(jìn)一步放大，有的推動級還要完成輸出兩個大小相等、方向相反的推動信號。推動放大器也是一級電壓、電流放大器，它工作在大信號放大狀態(tài)下。

(3)輸出級。用來對信號進(jìn)行電流放大。電壓放大級和推動級對信號電壓已進(jìn)行了足夠的電壓放大，輸出級再進(jìn)行電流放大，以達(dá)到對信號功率放大的目的，這是因?yàn)檩敵鲂盘柟β实扔谳敵鲂盘栯娏髋c電壓之積。

重要提示

一些要求輸出功率較大的功率放大器中，功放輸出級分成兩級，除輸出級之外，在輸出級前再加一級末前級，這一級電路的作用是進(jìn)行電流放大，以便獲得足夠大的信號電流來激勵功放輸出級的大功率三極管。

功率放大器以功放輸出級電路形式來劃分種類，常見的音頻功率放大器主要有：OTL、OCL和BTL。

OTL功率放大器應(yīng)用最多，所以必須深入掌握。掌握了典型的分立元器件OTL功率放大器工作原理后，才能比較順利地分析各種OTL功率放大器的變形電路、集成電路OTL功率放大器、OCL功率放大器和BTL功率放大器。

甲類、乙類和甲乙類放大器

根據(jù)功放輸出三極管在放大信號時的信號工作狀態(tài)和三極管靜態(tài)電流大小劃分，常見放大器有甲類、乙類和甲乙類3種。

1.甲類放大器

單級放大器包括共發(fā)射極、共集電極和共基極放大器，這幾種放大器是根據(jù)三極管輸入、輸出回路共用哪個電極劃分的。如果根據(jù)三極管在放大信號時的信號工作狀態(tài)和三極管靜態(tài)電流大小劃分，放大器主要有甲類、乙類和甲乙類3種，此外還有超甲類等許多種放大器。

甲類放大器就是給放大管加入合適的靜態(tài)偏置電流，這樣用一只三極管同時放大信號的正、負(fù)半周。在功率放大器中，功放輸出級中的信號幅度已經(jīng)很大，如果仍然讓信號的正、負(fù)半周同時用一只三極管來放大，這種電路稱為甲類放大器。

重要提示

在功放輸出級電路中，甲類放大器的功放管靜態(tài)工作電流設(shè)得比較大，要設(shè)在放大區(qū)的中間，以便使信號的正、負(fù)半周有相同的線性范圍，這樣當(dāng)信號幅度太大時(超出放大管的線性區(qū)域)，信號的正半周進(jìn)入三極管飽和區(qū)而被削頂，信號的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而被削頂，此時對信號正半周與負(fù)半周的削頂量相同，這樣非線性失真才最小。

(1)音質(zhì)好。由于信號的正、負(fù)半周用一只三極管來放大，這樣信號的非線性失真很小，聲音的音質(zhì)比較好，這是甲類放大器的主要優(yōu)點(diǎn)之一，所以一些音響中采用這種放大器作為功率放大器。

(2)輸出功率不大。信號的正、負(fù)半周用同一只三極管放大，使放大器的輸出功率受到了限制，即一般情況下甲類放大器的輸出功率不可能做得很大。

(3)電源消耗大。功率三極管的靜態(tài)工作電流比較大，沒有輸入信號時對直流電源的消耗比較大，當(dāng)采用電池供電時這一問題更加突出，因?yàn)閷﹄娫?電池)的消耗大。

2.乙類放大器

乙類放大器不給三極管加靜態(tài)偏置電流，而且用兩只性能對稱的三極管來分別放大信號的正半周和負(fù)半周，在放大器的負(fù)載上將正、負(fù)半周信號合成為一個完整周期的信號。

圖2-27所示是沒有考慮這種放大器非線性失真時的乙類放大器工作原理示意圖。

(1)輸出管無直流偏置電流。VT1和VT2構(gòu)成功率放大器輸出級電路，兩只放大管基極沒有靜態(tài)工作電流。輸入信號Ui1加到VT1基極，輸入信號Ui2加到VT2基極。

(2)正半周情況。由于加到功放級的輸入信號Ui1、Ui2幅度已經(jīng)足夠大，所以可以用輸入信號Ui1本身使VT1進(jìn)入放大區(qū)，這一信號經(jīng)VT1放大后加到負(fù)載RL，其信號電流方向如圖2-27中所示，即從上而下流過RL，在負(fù)載RL上得到半周信號1。VT1進(jìn)入放大狀態(tài)時，VT2管處于截止?fàn)顟B(tài)。

(3)負(fù)半周情況。半周信號1過去后，另半周信號Ui2加到VT2基極，由輸入信號Ui2使VT2進(jìn)入放大區(qū)，VT2放大這一半周信號，VT2的輸出電流方向如圖2-27中所示，即從下而上地流過負(fù)載電阻RL，這樣在負(fù)載電阻上得到負(fù)半周信號2。VT2進(jìn)入放大狀態(tài)時，VT1處于截止?fàn)顟B(tài)。

(4)輸出功率大。輸入信號的正、負(fù)半周各用一只三極管放大，可以有效地提高放大器的輸出功率。

(5)用信號直接導(dǎo)通輸出管。輸入功率放大管的信號幅度已經(jīng)很大，可以用輸入信號自身電壓使功率放大管正向?qū)ǎM(jìn)入放大狀態(tài)。

(6)省電。在沒有輸入信號時，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，不消耗直流電源，這樣比較省電，這是這種放大器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。

(7)交越失真。由于三極管工作在放大狀態(tài)下，三極管又沒有靜態(tài)偏置電流，而是用輸入信號電壓給三極管加正向偏置，這樣在輸入較小的信號時或大信號的起始部分，信號落到了三極管的截止區(qū)，由于截止區(qū)是非線性的，將產(chǎn)生如圖2-28所示的失真。

圖2-27 沒有考慮非線性失真時乙類放大器工作原理圖

從乙類放大器輸出信號波形中可以看出，其正、負(fù)半周信號在幅度較小時存在失真，放大器的這種失真稱為交越失真。這種失真是非線性失真中的一種，對聲音的音質(zhì)破壞嚴(yán)重，所以乙類放大器不能用于音頻功率放大器中，只用于一些對非線性失真沒有要求的功率放大場合。

3.甲乙類放大器

為了克服交越失真，必須使輸入信號避開三極管的截止區(qū)，可以給三極管加入很小的靜態(tài)偏置電流，以使輸入信號“騎”在很小的直流偏置電流上，這樣可以避開三極管的截止區(qū)，使輸出信號不失真，如圖2-29所示。

VT1和VT2構(gòu)成功率放大器輸出級電路，電阻R1和R2分別給VT1和VT2提供很小的靜態(tài)偏置電流，以避開兩管的截止區(qū)，使兩管進(jìn)入微導(dǎo)通狀態(tài)，這樣輸入信號便能直接進(jìn)入三極管的放大區(qū)。

從圖2-29中可以看出，輸入信號Ui1和Ui2分別“騎”在一個直流偏置電流上，用這一很小的直流偏置電流避開三極管的截止區(qū)，使兩個半周信號分別工作在VT1和VT2的放大區(qū)，達(dá)到克服交越失真的目的。

(1)功率放大管剛進(jìn)放大區(qū)。甲乙類放大器同乙類放大器一樣，用兩只三極管分別放大輸入信號的正、負(fù)半周信號，但是給兩只三極管加入了很小的直流偏置電流，以使三極管剛剛進(jìn)入放大區(qū)。

圖2-28 交越失真示意圖

圖2-29 克服交越失真示意圖

(2)具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)，且克服了它們的缺點(diǎn)。由于給三極管所加的靜態(tài)直流偏置電流很小，在沒有輸入信號時放大器對直流電源的消耗比較小(比起甲類放大器要小得多)，這樣具有乙類放大器的省電優(yōu)點(diǎn)，同時因?yàn)榧尤氲钠秒娏鞅荛_了三極管的截止區(qū)，對信號不存在失真，又具有甲類放大器無非線性失真的優(yōu)點(diǎn)。

所以，甲乙類放大器具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)，同時克服了這兩種放大器的缺點(diǎn)。甲乙類放大器因無交越失真和省電的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于音頻功率放大器中。

重要提示

當(dāng)這種放大電路中的三極管靜態(tài)直流偏置電流太小或沒有時，就成了乙類放大器，將產(chǎn)生交越失真;如果這種放大器中的三極管靜態(tài)偏置電流太大，就失去了省電的優(yōu)點(diǎn)，同時也造成信號動態(tài)范圍的減小。

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