1、自舉電容補償電容取樣電阻（把R9改為4.7k. R10改為220）下偏5S電阻上偏置電阻高輸入阻抗音頻功率放大器葛中海如圖1所示，這是筆者為中山技師學院電子專業三年級同學，在講授實用音響電路 一書時，為大家設計的笫一個中功率音頻功放電路。在此過程中，要明確如何設置直流工作 點、如何消除交越失真、如何根據散熱器的大小確定末級的靜態電流等。通過實驗制作、電 路調試、交直流參數測試、計算，分析、理解和體驗高輸入阻抗音頻功率放大器的工作原理、 調試方法以及故障排查。高阻抗信號源不適合于輸入阻抗較小的放大器。因此，若要與高阻抗信號源匹配，就需 要提高放大器的輸入阻抗。比如，將信號輸入級直接改成復合管。復

2、合管的接法有多種形成, 最佳方案是釆用如圖所示的接法，輸入級可以把動態輸入阻抗提高到10kG以上。圖1 髙輸入阻抗音頻功率放大器 實物如圖2所示。圖2實物圖娶 OUOMS一、工作原理I 直流通路由圖1所示電路可以看出，從電源到地有5條直流通路，各支路參考靜態電流也不相同, 見表1。表1 高輸入阻抗音頻功率放大器的5條直流通路支路需稱支路電流所經過的主要元件電流等級偏置支路微安級輸入級Q 點13亳安激勵級/?8 f 心-* RP2 一 V D l V D?VT l/? 1 °幾毫安左右電流放大級/? 13 f VT4VTo* Ra幾亳安左右電流輸岀級RllVTlRilVTs十幾幾十亳安

3、2.工作原理&是輸入電阻，與G組成低通濾波電路，濾除信號源或電路板引入的雜散高頻干擾。r2 為c,提供放電通路，在系統斷電后放掉c,殘存的電荷。厶&與C" q組成去耦電路，消除輸出級電流波動引起的電圧紋波對輸入級的影響。C.（瓷片電容）濾除高頻，C4 （電解電容）濾除低頻。可調電阻RP|與固定電阻禺分壓，給晶體管VTo提供合適的靜態偏置。調節RP|使輸出 端0點的靜態電壓約為Uc2,因此，正常工作時A點比0點高2個PN結壓降，B點比輸 出端Q點低1個PN結壓降。VT2與組成復合管，等效為一個NPN管，VT3與VT5組合 復合管，等效為一個PNP管。若由于某種原因，致使

4、0點的電壓升高，則將有以下自動反饋 平衡過程：Uq Tt% Tt% T （= UE0 So） TIco TtUcq（= UBl） TtUcauq I乩是激勵管VTi的集電極交流負載，傀與電解電容C6構成自舉電路，提高正半波的輸 出幅度。G并聯在VT2、VTs基極之間，對RP2、VD1和VD2交流旁路，可使動態工作時的 4<朋減小，一般取值47pF即可。G并聯在V的B-C之間，作為高頻補償電容，消除高頻 相移，負反饋變成正反饋而引起的自激振蕩。電路的總輸出經由Go耦合給負載，故單電源電容耦合輸出為OTL電路。正半波時，C10 耦合信號給負載；負半波時，CH）充當電源，把存儲能量釋放（給負載

5、）。C<,與呂§構成''茹貝爾”電路，可以消除疊加于音頻信號上的高頻寄生振蕩。若把VT。組成的差動放大電路等效成集成運放，則其基極、發射極分別相當于集成運放 的同相端和反相端，則電路的交流等效模型相當于同相比例放大器，于是系統的分析就變得 簡單了。從交流通路而言，他是反饋電阻，忌是采樣電阻，C,給弘的信號提供交流通路。 則電壓放大倍數為RAu=1 + H （倍）r7二、靜態參數1.靜態電壓設t/cc=2OV,調節RP|時，測量0點直流電位，使其約為電源電壓的一半。然后調節 RP2時（從零到大調節RP2）用數字萬用表200mV擋測量弘（或盡“）電壓，使其約為5 1

6、0mVo根據歐姆定律可知，這時，功率管VT4、VT5集電極靜態電流約為2245mA°此時，所有三極管發射結電壓都約為0.6V左右，各個三極管都工作在放大狀態。實測 電壓（測電流要斷開路，操作起來不方便）、計算有關參數，如下表：晶體管基極（B）集電極（C）發射極（E）發射結壓降說明VTo8.12V992mV8.73V=0.61 V輸入管VTi同VT（）集電極9.08V366mV卩陽二"旳-創«26mV激勵管vt211.02 V%UBE2 =632mV （直接測量）復合管NPNVT4同VT2發射極%Uq Q9.74V=650mV （直接測量）vt3同VTi集電極UEB

7、3 =648mV （直接測量）復合管PNPVT5同VTs集電極%0£5=651mV （直接測量）說明：;,指VTO的E B壓降；指VTO的E極對地電位，/指VTO的B極對 地電位（其它類同）。2.靜態工作電流（1）偏置支路的電流忽略VTo基極電壓，則RPi、心電流約相等。即心的電流幾3為X=,73(UA)（2）輸入級（VTo）的電流VT（）發射極電流就是反饋電阻飩的電流，已&兩端的壓降為Ur6=Uq_Ueq,因此VT（）發射極電流厶。為 9.74-8.732k505 (uA)乂，已測得VTo集電極電壓為992mV,因此VTo集電極電流厶。為心=如=如= =496 （uA）co

8、 R4 R4 2k則，VTo基極電流人。為/Bo = Z£o-/co =505-496=9 （uA）當我們忽略VTo基極電流時，則VTo發射極與集電極電流基本相等一一這也是功放電 路第一級的靜態電流！前面在計算電阻勺電流時，之所以忽略不計VTo基極電流，就是因 為VTo基極電流太小了，為便于計算可以忽略不計。（3）激勵級（VTi與他、心支路）的電流已知發射極電壓心366mV,則其發射極電流為Z£1=仏=366mV/220 Q 1.66 （mA）Rio又，Irar9 = U*_匕2，由上表可知 "11.02V,則"粽+斛蔦OS山此可以見，當忽略VT2、VT

9、3基極電流時，流過電阻傀、凡的電流與VT1的發射極 電流基本相等一一這也是功放電路第二級的靜態電流！（4）輸出電流放大級（VT?、VT3）的電流由于心、尺2分別與VT, VT§發射結并聯，當忽略V、VT5基極電流時，則VT2、VT3靜態電流即為心、心的電流，即UBE4 _ 650山 瓦"220Q295mA2.96mAUBE4 _ 65 1/7? VR2 一 220Q這也是功放電路笫三級的靜態電流!（5）輸出級（VT4, VTs）的電流VT4, VT5靜態電流就是電阻&3的電流。實測（實際用0.25Q）的壓降為5mV,貝9靜 態電流為/幻3二511）7025 =20m

10、A當然，調節RP2可以增大或減小VT4, VT5靜態電流。一般來說，若散熱器足夠大，功 率管的散熱良好，把VTr VT5靜態電流可以設為30-50mA均可。這時，系統工作于甲乙類 的靠近屮類狀態，失真更小、音質會更好一些一一這也是功放電路第四級的靜態電流！從上面的靜態電流計算可以看岀，功放電路的靜態電流，第一級最小，末級最大，從前 級到后級，一級比一級增大。這正是功放電路靜態電流的特點。三、交流參數1、輸入級實測波形由上述分析可知，從直流狀態而言，晶體管VT（）處于放大狀態，但它并不是共射放大電 路的典型接法。VTo放大的不是其基極的單一信號，而是對B-E極信號的差值（見后文放大 倍數分析與計

11、算）進行放大。其中B極是輸入信號，E極是輸出信號在經在的分壓,二者的差值是很小的！他是VTo的交流負載電阻，山于心阻值較小，故VTo單級電路的電 壓放大倍數也較小，如圖3所示。VT。基極波形VTo集電極波形EBa T訶dM Pos: 0.000s探頭 10X Voltaqe 反相CH2 ?ilJi h v M 250AJS4-May-1410:36200MHz伏/格圖3 VTu輸入、輸岀波形Tek JV n TrigdM Pos: 0.000s禺合Voltage關閉反相CH2 20.0riiVEj M 250AJS4-May-1410:39圖4 VT】輸入、輸出波形雖然，兩級輸入電路單就本級而

12、言都不甚理想，但是山于系統是閉環負反饋，電壓放大 倍數與每一級電路無關，而是山反饋電阻和釆樣電阻的比值決定。另一方面，交流負反饋也 大大地改善了輸出波形失真。2、輸入輸出信號實測波形（1kHz空載.負載）橙色一一輸入；藍色一一輸出（下同）。lek JUH T何dM Pos: 0.000s CURSOR-,b,1 '類型幅度InV 16.8V信源光標18.40VCH2 M10V M 250AJS光標2丄LwA “A A JCH1 I 0.00V圖5空載* 16.8VCH2 5.00V M 250AJS光標2-8.10V光標18.40V4-May-1410:50CURSOR類型信源Q043

13、0kHz圖6負載（8Q揚聲器）3輸入輸出信號實測波形（10kHz空載.負載）CH2 s.novM 25,0小4-咖10:51CURSOR類型Ml17.8V光標18.80V光標2-3.00VCHI 7 0.00V圖7空載Tek JV T 何dCURSORM Pos: 0.000s類型信源* 17.8 V8.80V光標2 -3.00V A.A.l丄 CH1 Z 0.00V4-May-1410:51圖8負載（8Q揚聲器）4. “茹貝爾”電路的作用當輸出級靜態電流較小時，若“茹貝爾”電路開路，輸出波形會出現疊加于正弦波上 的高頻寄生振蕩，如圖9所示。11:00圖9 1kHz輸入，空載圖10 1kHz輸

14、入，負載（8Q揚聲器）增大輸出級靜態電流時，空載時波形能恢復正常，但負載時波形仍然畸變。這說明揚聲 器負載對輸出信號有影響，山此也能體會到“茹貝爾”電路的重要性。5、高頻補償電容的作用當輸出級靜態電流設置合適時，若激勵管（VT?） BC間高頻補償電容（lOOpF）不慎開 路，既使輸出端設有“茹貝爾”電路，負載時輸出波形也會出現失真（空載時正常），如圖 11、12所示。4-May-1411:13圖11 1kHz輸入，負載（8Q揚聲器）4-May-1411:13圖12 10kHz輸入，負載（8Q揚聲器）由以上兩圖所示，當高頻補償電容開路時，低頻（1kHz）比高頻（10kHz）失真嚴重得 多。聽一般

15、音兀時，波形疊加有高頻振蕩，如圖13所示。這時，還會出現在音量變化不大時, 整機電流變化非常劇烈，高時可達I.5A,低時只有兒十毫安現象（筆者觀察穩壓源的電流表）。M Ros: 0.000sCH1帶寬限制囲 00MHz伏/格糅頭10XVoltage反相CH2 5.00V M 500AJS4-May-1411:20如圖11補償電容開路時波形疊加高頻振蕩四、特別現象分析（1）假設常溫下，功率管VT. VT?的靜態電流為20mA （ &3或知的壓降約為5mV）； 當電路工作后，功率管溫升增大，靜態電流也隨之上升，有可能會超過50mA以上，即&3或 的直流壓降增大。這種現象的解釋如下：

16、通過調節RP2,設置輸出級的靜態電流，常溫25°C時，功放管的 發射結壓降U臟對應發射結特性曲線上的/旳。當功率管溫度上升55°C后，特性曲線向左平移, 相同的發射結壓降卩亞，對應的基極電流增大到厶2。另一方面外，溫升后晶體管電流放大倍 數也會增大，兩種因素疊加，致使晶體管集電極顯著上升。這就是常溫和高溫時，靜態 電流變化的根本原因。圖14晶體管發射結持性曲線（2）假設在高溫時調節RP2,設置靜態電流約為20mA,那么冷態時靜態電流更小或根本 沒有靜態電流，這時電路處于乙類工作狀態，可能會出現輕度的交越失真。然而，當電路工 作一段時間功率管發熱后，靜態電流可能會增大到為30mA以上。如此，電路處于屮乙類工 作狀態，交越失真消除。所以，一般有經驗的電子工程師說，熱機比冷機好聽，就是指溫升 后，電路達到合適的靜態電流了，不存交越失真，所以信號完美，感覺好聽。以上分析是基于電源電壓不變的情形而得出的。首先，為了消除交越失真，在某一電源 電壓下