小型晶體管OTL功放電路探討

司南978 2015-05-10

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做了個otl小功放，原理圖如下，在CircuitMaker 2000里仿真與實際出入很大，主要表現(xiàn)在上電后8050和8550發(fā)熱很大，實測雙聲道無信號電流約200mA，但仿真時只有不到20mA，不知道是什么問題，還有CircuitMaker 2000里好像沒有90系列和8050、8550等三極管，應(yīng)該用什么型號的代替，是否能自定義原件，謝謝。
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從給出電路看，有以下問題：1，R3沒并聯(lián)交流退耦電容；2，QI,Q3基——基偏置過高，是末級電流大，發(fā)熱原因（正常應(yīng)1.2V左右）；3，C1+可能不在電源中點（1/2VC）；4，最大問題是Q2沒引入中位直流負(fù)反饋，導(dǎo)至本電路工作不穩(wěn)定，不具實用性。
建議：1，R3兩端并聯(lián)47μ/>3V電解電容；2，R2用470——620歐電阻；3，調(diào)R5使中點電源略小于2.5V；本電路可用于實驗用。4，需改動電路。
元件可自定義，Q1，Q3參數(shù)如下： Pc>500mW Vce>9V Icm>250mA 放大系數(shù)應(yīng)近可能相同，兩管互補。
該電路標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)電流<7mA 分配 Q2<2mA Q1=Q3<4mA

最大的問題應(yīng)該是R2太大了！
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靜態(tài)電流調(diào)到位10-20mA為好。R2決定靜態(tài)電流。如果想要省事，可以用兩個與輸出管同型號的三極管（8050和8550）把CB短接當(dāng)二極管，串聯(lián)后代替R2。不做產(chǎn)品可以不考慮這一點成本。然后只調(diào)節(jié)R5到中點電壓為電源電壓的一半。
另外這電路沒自舉，最大輸出功率會變小。建議加上自舉電路。有一個簡單的辦法，就是把R1接到輸出端C1的后面，C1把極性調(diào)轉(zhuǎn)一下，喇叭接地端改接電源，利用輸出電容做自舉，這樣會在不增加器件的情況下提高電路的性能。

調(diào)大R2，增大Q1，Q3靜態(tài)電流，改善輸出失真。該電路對元件要求很低，只要滿足上列三項就行。
復(fù)翌陽：你提到增加自舉，提高電壓利用率來增大輸出功率，建議很好。對于新同學(xué)，個人認(rèn)為盡可能尊重原設(shè)計（除原則錯誤），幫助其較快，較好好完成其作品。更有利于發(fā)揮其創(chuàng)作，制作熱情。
另：本人網(wǎng)絡(luò)外行，向各位請教電腦用“電子電路繪圖軟件”用什么好（業(yè)余用），在那里下載。買，應(yīng)買那種好。

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Q2的下偏值R4太大，改為5.1K，R改22K可調(diào)，用于調(diào)中點的1|2電壓。R2是調(diào)功放管Q1和Q3的靜態(tài)電流的。一般從51--300歐。Q2用9013.3BX31即可，Q1.Q3用8850.8050或3AX31.3BX31.但要HFE上配對。
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末級功放管電流大、發(fā)熱是因為R2太大了，換成一只三極管和一只可調(diào)電阻組成的可調(diào)穩(wěn)壓管，就可以隨意調(diào)節(jié)末級的靜態(tài)電流了。
R3在這里干什么用？去掉它，把Q2的發(fā)射極直接接地，這樣可以將輸出管的動態(tài)范圍擴(kuò)大到最大；R1最好是用一只PNP管和一只電阻、一只電容代替，這樣可以提高電壓增益并減小失真。

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調(diào)整好了后，將R2換成兩個串聯(lián)的4148，靜態(tài)電流單聲道約為12mA，電壓放大約4倍。

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分立件OTL電路的關(guān)鍵是中點電壓與末級的電流

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更新后的原理圖和實物。按照已經(jīng)有的元件制作，所以沒有調(diào)中點電壓，仿真中點電壓為2.18v，實測為2v。個人認(rèn)為可以不用調(diào)，輸出幅度太大就已經(jīng)出現(xiàn)失真了。

用usb直接供電我試過一次，信號地和電源地形成回路，噪音不好控制。樓主打算如何使用usb供電？

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如果是自己制作電路，我建議采用下面的四管線路。

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回16樓：直接用usb供電，加了22uF電解，104瓷片電容，基本沒有噪音，我是一個atom主機(jī)，用的是外置電源。
回17樓：謝謝提供電路圖，我也試過下面的這個，效率比15樓那個高，但15樓那個已經(jīng)滿足要求了，下次按這個做一個。

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OTL電路的兩個極易被忽視的問題：

1、自舉省不得，自舉不僅是提高輸出幅度的問題，更重要的是保持兩個推挽管的激勵平衡，否則會導(dǎo)致輸出波形有一半容易發(fā)生削波，一些網(wǎng)上流傳的胡亂省去自舉電路的OTL電路實際上是不能用的，隨便找一本模擬電子線路或者低頻電子線路的書都會告訴你自舉的作用。如果覺得自舉屬于正反饋，實在想省去，也必須用恒流源代替推動管的負(fù)載電阻（集成功放中就是這樣做的）。

2、正規(guī)設(shè)計的OTL電路，推挽管的發(fā)射極都串聯(lián)有1歐姆左右的較大功率小電阻，該電阻對穩(wěn)定推挽管的工作點非常重要，否則工作一段時間后推挽管發(fā)熱，一方面會導(dǎo)致IC增加，另一方面反而會導(dǎo)致VBE減小，而VBE的減小會進(jìn)一步導(dǎo)致IB增加，結(jié)果IC又進(jìn)一步增加，推挽管的發(fā)熱會更加嚴(yán)重，如此惡性循環(huán)，最終就會燒毀推挽管，加上發(fā)射極電阻后，IC增加會導(dǎo)致發(fā)射極電阻上的壓降增加，可以抵消VBE的減小，進(jìn)而限制IB和IC的增加。筆者作過這方面的實驗，省去推挽管發(fā)射極電阻后，9V電源接上沒有幾分鐘，推挽管靜態(tài)電流由6mA左右猛增到20mA，結(jié)果接上發(fā)射極電阻就好了。

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大多數(shù)書本上都把“自舉”電容看作是提升Q1（以18＃帖的圖為例）基極電壓，讓Q1的集電極電位能在瞬間高過電源電壓，其實這種說法是完全錯誤的，因為輸入的電信號是對稱的，如果功放不失真，就要讓輸出也對稱，如果Q1的基極電位瞬間高過電源，那么也要求Q3的基極電位瞬間低過地，而Q3的基極接的是Q2的集電極，這點的電位是無論如何也不可能低過地的。其實在互補電路里，輸出級的兩只三極管是直接并聯(lián)，“自舉”電容的作用可以理解為“負(fù)反饋消除”，主要作用是消除由功放級負(fù)載（揚聲器）的負(fù)反饋作用以降低功放級的輸入阻抗，提高增益。顯然，給推動級使用恒流負(fù)載同樣能達(dá)到這個目的。
至于工作點的穩(wěn)定程度，因為在17樓我給出的電路里，用的全是穿透電流極小的硅管，而且電路是小功率發(fā)熱量不大，末級的靜態(tài)電流也只有0.5-1毫安之間，長時間使用后的靜態(tài)電流也上升不到5毫安，所以根本不用考慮熱穩(wěn)定性。這圖我在幾年前已經(jīng)成功的用在了6伏供電的收音機(jī)上，效果非常好。

回復(fù) 20#

實際上書上的說法并沒有錯，只是看問題的角度不同罷了，就好比分析一個振蕩電路，可以用LC回路中電流電壓的時變情況來分析，也可以從正反饋（能量）角度來分析，最終結(jié)果都是等效的。

沒有自舉的OTL電路，推挽管是工作于射極跟隨器（共集電極電路）狀態(tài)的，而射極跟隨器可以看作是加有強(qiáng)烈電壓負(fù)反饋的電路，因此推挽管只有電流放大作用，沒有電壓放大作用，因此負(fù)載上的輸出幅度就完全取決于推動管集電極（也就是推挽管基極）的電壓變化幅度，但是由于推挽管中點電壓的限制，導(dǎo)致了推動管靜態(tài)工作點不能取在交流負(fù)載線的中點，只能取在直流負(fù)載線的中點，這樣推動管的作用就不能完全發(fā)揮，推動管負(fù)載電阻的壓降限制了推動管集電極電位（也就是您提到的Q1基極電壓）不能上升到接近Vcc，但推動管集電極電位卻能夠下降到接近0，因此相對Q3而言，Q1的作用就不能完全發(fā)揮，Q1和Q3的激勵就不平衡了。自舉提升了Q1的基極電壓，使之可以接近Vcc，這樣就平衡了Q1和Q3的激勵，充分發(fā)揮Q1的作用，不至于出現(xiàn)削波現(xiàn)象。

如果不用自舉，用恒流源代替推動管負(fù)載電阻，假設(shè)是理想恒流源，那么推動管的直流負(fù)載線就被拉成了一條水平線（IC固定了），此時直流負(fù)載線的中點同時也就是交流負(fù)載線的中點，推動管就能夠完全發(fā)揮作用，恒流源使得推動管集電極電壓能夠直接在接近Vcc和接近0之間擺動，推挽管激勵自然就平衡了，此時也就不需要自舉了。

但是從另一個角度分析，推挽管工作于射極跟隨器狀態(tài)本來就有強(qiáng)烈的電壓負(fù)反饋，加上推動管負(fù)載電阻白白消耗了推動功率，這樣OTL電路的增益就下降了，為了提高增益，可以走兩條路：

1、引入自舉（正反饋），抵消射極跟隨器本身的負(fù)反饋，將推挽管工作狀態(tài)變?yōu)楣舶l(fā)射極工作狀態(tài)以提高增益。
2、將推動管負(fù)載電阻換成恒流源，理想恒流源的交流電阻為無窮大，不消耗推動功率，這樣推動功率就全部用來推動推挽管，同樣可以提高增益。

實際上，不難看出，無論哪個角度分析，最終結(jié)果都是一樣的。
因此，書上和您說的都沒有錯（當(dāng)然有些連推挽管工作于射極跟隨器狀態(tài)的基本原理都沒有分析清楚的書除外）。

另外補充一句：硅管穿透電流小，但硅管VBE（上文錯寫成VBC了，已修改）的變化受溫度的影響可能比鍺管還大，VBE隨溫度的減小，引起IB的較小增加，會導(dǎo)致IC的劇烈增加，對于工作在功率放大狀態(tài)下的大中功率硅管熱穩(wěn)定性的影響不可低估。不要以為硅管穿透電流小就可以忽視硅管的熱穩(wěn)定性問題，特別是大中功率功放，這一點筆者是有過不少教訓(xùn)的。

回復(fù) 22# 的帖子

確實是這樣的，還從來沒人敢把大功率擴(kuò)音機(jī)功放管的射極電阻省掉，為的就是提高熱穩(wěn)定性。但在供電電壓小于9伏的小功率電路上，幾乎所有的互補OTL功放末級都不使用射極電阻，而是在兩只功放管基極之間接一只熱敏來提高熱穩(wěn)定性，為的是提高效率，而且這樣在同樣的電源電壓下輸出更大。

回復(fù) 15# 的帖子

15樓的電路差自舉電路，Q1的動態(tài)范圍被壓縮很不劃算，稍微改一下也不增加元件。見圖：（電容極性變一下）
其實R5換成15K、30K或50K中點電壓也就上來了；D1并接1只微調(diào)電阻可調(diào)整末級電流。
用一個簡單的電路做多種嘗試、應(yīng)該是有趣的，愛好者都愛折騰。

改為自舉電路.JPG