晶體管電路設計精講第十七貼推挽型射隨放大器學習內容：1、了解推挽射隨放大器的工作原理2、了解推挽射隨放大器的電路特點講在前面的話：大家好，連續8天沒有更新貼子，是因為在關注第十六貼的點擊和回貼情況。大家都是在玩電路，應當知道一個沒有反饋的系統是不穩定的，大家的點擊和回貼就是我在寫貼時的反饋。根據幾天來的觀察，發現大家對這個貼子并不是看得很深入，這應該是我寫作的方法問題了，突出了大量的理論分析而少了一些與實際相結合的應用說明，既然發現了問題，沒有道理不改正，所以在后面的貼子中我會逐步調整寫作的方法，希望能有一個好的改變。＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊在前面的貼子中，我們講到了射隨器的一個與生俱來的缺陷：即NPN型射隨器不能產生灌電流，PNP型射隨器不能產生拉電流。這個缺陷是由三極管本身的特性所決定的，其實際工作中在負載上所產生的灌電流（NPN）和拉電流（PNP）只能通過輸出電容的放充電來形成，要想增大對負載的輸出電流則只能通過增大靜態電流即發射極電流來解決，但增大的靜態發射極電流意味著更大的功率損耗。仍然是這個圖，我們來看一下，如果這個射隨器要在8Ω負載上輸出1W的功率，會變成什么樣。這也是很常見到的功放輸出的要求。我們來分析一下，首先8Ω負載上要得到1W的功率，則很容易得到，輸出電壓有效值（RMS）是2.83V。但同時為了得到最高的效率，則Re應當與負載匹配也為8Ω，假設發射極電位為電源的一半（這樣可以取得最大的輸出幅度），則在靜態時落在Re上的電壓為7.5V，電流為0.94A，在電阻Re上的功耗為7W，在晶體管ce上的功耗也為7W。同時為了從電容上得到更大的充放電電流或者說因為Re和負載的減小，為了使低頻段不會有大的滾降，則電容C2也必須要加大，至少要取100uF才可以基本保證原來的頻率特性。綜合上面的分析，我們可以得出，為了在8Ω的負載上得到1W的功率，而在Re和三極管上卻損失了14W的功率。整個電流的效率低的不是一點兒半點了，而且對于元件的選擇也有很大的提高，造成成本的上升。而引起這個問題的根本原因就在于NPN管不能形成灌電流，在信號的負半軸時，完全要靠電容的放電來實現輸出。在前面我們已經說了，NPN管不能灌電流，PNP管不能拉電流，而電路的輸出卻要拉灌都具備，那么如果我們把NPN管和PNP管結合起來，在信號的正半周時由NPN管工作，發揮其拉電流的作用，在負半周由PNP管工作，發揮其灌電流的作用，這樣不就避免了過大靜態電流的問題了嗎？這也就是我們今天所講的推挽電路。從圖中可以清楚的看到，當沒有信號輸入時，由于兩個三極管的互相牽制，必然全部截止，則此時的靜態電流為0，三極管中沒有電流流過。當有信號輸入時，上面的npn管在信號的正半周時導通（注意不是飽和那種導通），電流從電源經過三極管CE，輸出電容向負載提供電流（拉電流）。此時，下面的pnp管因為基極電位相對發射極是向高電位變化，Vbe達不到0.6V，所以截止。當信號在負半軸時，基極電位降低，達到PNP管的導通要求，下管開始導通，上管截止，由PNP管向負載提供電流（灌電流）。此時電流的方向為輸出電容正端經PNP管的CE，到地再到負載，返回輸出電容負端。如果我們把這個電路上下拆分開來看的話，在負半軸PNP管工作時，其電源是由輸出耦合電容提供的。剛才說過，因為在靜態時兩管截止，所以此電路在靜態時不消耗電流，也就沒有了靜態時的損耗。而在有信號輸入時，上下管的電流全部提供給了負載，此時的損耗僅只是三極管CE上的工作電壓與負載電流的功率?？梢哉f效率得到了極大的提高。也解決了單個三極管靜態損耗大的問題。但是這并不是一個完美的電路，因為，三極管有一個Vbe的限制，也就是說當三極管的Vbe小于0.6V時，三極管是截止的。只有當Vbe大于0.6V以后，才能工作在放大狀態。這就意味著輸入信號在-0.6V至0V再至0.6V這個區間，不會被此電路放大，電路沒有輸出電流，負載上也不能得到任何有效的輸出。下面我們來看一下，這個電路的輸入和輸出波形。這個圖是書中給出的，是一個實際測量的圖，我們可以發現在兩個波形的交界處好象有點兒問題，但由于是照片所以看的不大清楚，只能模糊的看到在交界處時，有一條波形出現了一個平坦的部分。下面我們把這個圖手工畫一下，來看得更清楚些。這個圖就清楚多了，我們可以看到，輸出信號有一部分是平坦的，不能隨著輸入信號的變化而變化。這個平坦的部分就是兩個三極管都截止的時間。圖中我也做了標示，當輸出信號在+0.6V以下時，上管因為Vbe過小而截止，而這時下管因為同樣沒有達到導通條件，也是截止的，于是平坦的部分開始出現了。這種情況，也是推挽放大器的一個固有缺陷，我們稱其為交越失真。對于一個放大器來說，雖然這個電路有省電的優點，但你不可能會為了省一些電而去虐待你的耳朵，假如這是一個功放的話。這種失真可以說是一種很嚴重的波形變形了，那么有沒有辦法解決呢？我們來回想一下這種失真出現的原因，實際上就是兩管在+0.6V至-0.6V之間不導通造成的。那么，如果我們人為的給兩管的基極一個電壓，使其在信號的這個平坦區間時Vbe達到導通條件，那么不就可以進入到放大狀態了嗎？于是就有了下面這個改進后的電路：只是加入了兩個二極管就能解決這個問題。如果你不明白這個圖的原理的話，可以進行一下變化。把兩個三極管的BE結分別看做一個二極管。對照這個圖大家應該很輕松的看到，兩個三極管的BE結在沒有信號輸入時就有了一個0.6V的電壓。就相當于把0.6V以下（以上）的那部分給跳過去了，基極的電壓變化是從0.6V（NPN）和-0.6V（PNP）開始的。而效果也很不錯，書上給出了一個改進后電路的波形。從波形上來看，很完美的解決了交越失真的問題。書中也給出了關于這個電路的評價：這樣的電路在輸出狀態時總是有一個三極管截止，正半周時下管截止，負半周時上管截止。這種電路我們稱其為B類放大器。而象以前，單個晶體管的電路，不論信號如何變化，三極管總是有電流流過，我們稱其為A類放大器。很顯B類放大器比A類放大器的效率要高的多。好了，事情到這里顯得很完美，B類雖然多用了一個三極管，但帶來了很高的效率提升，不工作時靜態電流為0，工作時幾乎全馬力輸出。但事實真的是這樣嗎？要知道完美的事物也同樣意味著不可能。注意上面畫紅線的一段話：“基極-發射極間的二極管為ON與OFF的交界狀態”。要想實現完美的B類放大，也就是靜態電流為0這種效果，要求的是新加入的二極管和三極管的BE結的特性完全相同。二極管的固有壓降不會比三極管BE結的固有壓降高，也不會低，剛剛好在這樣一個臨界點上。世界上有兩片完全相同的樹葉嗎？所以，也不可能有這樣的二極管。這僅只是我們制做完美B類放大器所遇到的問題之一，還有很多其它問題比如溫度，電源電壓的波動，甚至PCB布線的長短都使這種完美的工作狀態只存在于想象之中。事實上，這種不匹配情況的存在，有兩種可能，第一種，二極管的壓降稍小于三極管BE結的壓降，后果是交越失真又出現了，只不過范圍變的很小是兩個壓降之差。第二種可能，三極管的壓降稍大于三極管的BE結壓降，后果是在沒有信號時三極管就已經稍稍的導通了，靜態電流不再為0。而且我們要知道在線性區，三極管的集電極電流對BE結的電壓變化是很敏感的，BE結電壓增加60mV，則集電極電流增加10倍。這時候，BE結上微小的電壓增大，就有可能會造成很大的集電極電流，這時候B類放大器的所有優點也就隨風而去了。而引起BE結電壓變化的因素很多，溫度（三極管的Vbe有2.1mV/攝氏度的溫度特性），電源波動，二極管的不匹配等等…….必須要控制，否則這個電路在實際應用中就變成了一個使用條件極其苛刻而且性能極不穩定的定時炸彈。這是改進后的電路，也是現在的商業功放中經常采用的辦法。既然不能實現完美的匹配，干脆就過一些，讓三極管中有一定的電流流過，然后通過電流負反饋來穩定三極管的集電極電流，使其受溫度等因素影響較小。同時設置一定的人工調節機制（電位器）來調整Vbe，使其不會過大，也不會過小。這時候因為靜態時三極管中有電流流過，所以再稱乎其為B類放大器已經不合適了，它是介于A類（大電流）和B類（零電流）之間，我們給這種電路起了一個名字叫AB類放大器。通過調整電位器可以調節電路的靜態電流，電流大的時候我們叫它偏A的AB類放大器，電流小的時候叫它偏B的AB類放大器。偏A的時候，波形失真小，偏B的時候有可能會出現交越失真。一般來說靜態電流為最大信號時電流的十分一是一個很舒服的位置，損耗不大，失真很小。下面是家庭作業：1、B類放大器在現實中存在嗎？2、分析上圖，理解R3，R4是如何穩定靜態電流的。（以前講過）3、這個電路仍