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避免OTL与OCL功放电路的失真和烧管
避免OTL与OCL功放电路的失真和烧管 邵阳工专黄精诚
(提纲]奉文叙连交越失真与管耗的矛盾,指出温度升高是烧管的主岳原目并提出
秤决失真与烧管崎
方法,最后对实用屯路进行分析.
在电子电路中,功放纽所接的负载普通都是低阻 ~b对称推挽功放电路麒取 代变压器耦台推挽功放电路,克服了变压器因铜损和 铁损造成的功率损耗以及其漏感和分布电容使得在频 睾的高端和低端产生附加相移弓【超寄生振荡;克服了 变压器体视大且笨重,频带窄,不便于集成等映点而 ,这种电路工作在甲乙类I当温 度变化时,工作点能否稳定就成为避免失真和烧管的 重要问题如果这个问题解决得不好,不仅输出信号 波形产生严重失真,并且更可怕的是烧坏功放管,故 必须从理论和实践上解决这一问题.
一
,交越失真与管耗的矛盾
工作在甲类状态的功放管,在静态时,管耗最 大,为
Pr=2P…(1)
在输出最大时,管耗最小,为
Pr={…(2)
,在信号的一种 周期内,轮流导电l80',每个酱子的管耗,在设 v.=,,为
Pr1,=赢1:(~--Vo)d(et) :
(3)R,4'
工作在甲乙粪状态均功欣管,管耗为
PT1=PT2~PE--Po(4)
以上各式申的Pr,P丁t,Pr2为臂耗,Po,P… 为输出功率,PE为直流电源功率.
比较三神功放状态的管耗,三者之间有甲类管耗 >甲乙类管耗>乙类管耗.
如图1(a)所示,工作在乙娄的互补对称推挠OTL 电路,功放管T1和T|的be结各自有一种死区,存在一 十r丁坎屯压,, 右,当在A,B问加八正弦电压V仰时,如图l(b)所 示,对应于T】和T】输八特性的拐点处,功蔽管不导囤2甲乙类OTL电路
'皇8'
通,输出电流I.=0,产生交越失真,压缩了输出信 号,使信号中含有许多奇次谐波.
为了}肖除交越失真,向乙盏推挽功放管的be结提 供一种偏压, 甲乙类推挽功放.
,所加偏压各为?}, 如图2所示,. 由于在静态时,u.=o,但u?o,就产生静态
工作点电流1I,Ic1,IB2,+Tl +T】+地,—e间有直流 压降V=Ec, Z
耗不能转换为有用信号能量,只能在管内散发,使功
放管温度升高,Ic-,Ic变大,最后造成功放管被烧 毁.
要捎除交越失真,但愿静志电流I,Ic大某些. 但是,要藏小管耗,又但愿静态电流I和Ic尽量 下, 盾.
要同时解奥这两个问题,就要能精确地控制1以 控制Ic,逸就规定被设立的直流偏置电压E濉确而
目V?
jc"1(e—一1)(5)
式中,,——be结的反向饱和电流,
v"——be结的正向压降,
q——电芋电荷,
——
渡尔兹曼常数,
——
D结的绝对温度.
口一
由于在输八特性的拐点附近,有ei》L因此(5) 式近似为
f==
qyk
『.e(5)
从}『11司得其跨导
s一一斋L:1}『?
设在室温r=—,代八(6)式,得
g(7)
由(6)式和(7)式得
L=g?',b=i百.?"
因此=(8)
均为硅管,,当茸?=, 团温度升高使偏离值为26ra那么,有
等=?2l对'电流变化为
=
2一丽-2
一
2
则-一{仉50j'
由此可见,工作在甲乙类的互补对称推挽orL 功放电隆'当偏压有擞小偏离时,将引发很大的f变 化, 体管的离散性,分|立元件构成的功放比集成功旗要严 重某些.
二,温度升高是烧管的重要因素
温度对晶体管参数的影响,体现在对b瞄的反向 饱和漏电流Im,对b啭的正向压降V?和对目的影 ,动放管的挠管重要是由J咖和y打 引发的.
bc拮的反向饱和谛电墒lJm与温匪T的蓑系由费 未一狄拉吏公式培出,
15.:^r3e—
式中,A,N是由半导体材料决定的常数, 的温度.
(a)
T为bc结
功放管普通工作在结温e,l00?.对于硅 管,大概结毒8?,, 由0?升高到loo'c耐,由费来?狄拉克公式可球得, 硅管的I将增加lo倍,锗管的I伽将增力?104倍. 工作在甲乙类的
OTL与oCL互补对
一
弥推挽功放电路,疆
多种办法得到的偏置
电压Em在功放管
T和L的两基极之
间,总存在一种等效
的直流内阻R.,如图
匣向饱和谝电流Im
目珏有内阻RJ偏压
和岫, 降
I6=(I5n+j2)R.(10) 考虑到偏压E附加压降E,6随温度升高的变 化,将使Tl,Tj管工作点发生漂移.
bc结的正向压降随温度的变化呈现负的温度系 数,?,, 在认为偏压E}不变时,若温窿升高10?,将使V"降 =知,功放管电流LJ将
,当温度由o?升高到 1oo?时,I一It增加103倍.
?曼温度影响将产生恶性 ,温窿升高使I山升高,困内阻Ro便偏 ,温度升高使I讲 高,. 升高, 环在管内形成热击穿,将管内烧坏而管外毫无异常. 其循环过程是
固然,当I升高时跨导g就硪小,基区俸电阻 和发射区体电阻Y将起到一定的限流作用. 为减小l捆温度升高出现恶循环烧坏功放管的问 题,普通采用多种方法尽量硪小偏置电源E6l的直流 内阻R?.另首先,对b瞄的电压yh进行赔偿使之 恒定,,硅管的反 向饱和漏电流为1O,l0nA敢量级,锗营的反向饱 和漏电流为1,l0A数量级,因此在OTL和ocL 功放电路中,,对大功率 动放管加散热片进行散热.
三,解决失真与烧管的方法
既然直流偏置电压B的直流等效内阻是吾【起Im 随温度升高造成烧管的重要因素,因此对于消豫失真 而设立的偏置电路,应当选择直流等效内阻尽量小 的偏置电路
如图4所示的三种偏置电路,以图4(c)的直流等 ,R. 由g=丽求得
Ro2~2~mV一2×!一:5.
20
l3lU^
由于D.,Dj与T-,Tj功放管选用周种材料的瞥 子,因此bc结的伏安特性与=极管的pn结伏安特性一 致, 对,T,Tj的V"下降,同时DI,Dj的正向压降也按 相似规律下降,,既 捎除了失真,又避免管耗过大而功放管被烧. 酶.
'
也
==
(c'
图4三种偏置电路的比较
图4(b)电路运用热敏电阻含有负的温度系致以补 偿功放管Tl'Tj的V变化,但是这种儡置电路的等 ?=,同样设1日=1omA,
.=
告=等岫
它也就等于R与w的并联值,即R.=. 这样,由于Rr离散性很大,且信号在R上要消耗功 率,从而不能有效地解决失真与托管的矛盾. ?工5'
图4(a)在功放管发射极接R实现电压串联负 反绩以稳定偏置的办法t但是使功率受到了损失只 健用于功率和电源电压有大的富裕量且对效率规定不 商的状况.
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线性区h-觅/殖j
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'b)
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E卜g
..一一
0/DV^l
图5负反馈压缩医展宽绕性区
如图5(a)所示,,也可 , 》1一列深度负反馈闭环增益为
带丽KIjo=~F1'(11)
绩深度为开环与闭环增益之比值,由上式褥 D一IF:FK(12,
如图5(b)所示,当TTi工作在线性区对. VA=KVl(13)
警TI, ?
.2?
VA----v1(i4)
在接八深度负反馈后,就将线性区拓宽,将死区压缩 到原死区电压的吉倍此对死区电压变为士占,如图 5(c)所示.
当正弦信号在零点附近时, 大倍数K激大后加在图5(a)的A点,从A点快速越过 ,既可有效地捎除交越失真,
提高输出功率和效率t又能够有效地避免因温度升高 使管耗过大而烧毁.
四,实用电路分析
宴?图6所示实用于分立元件和集成化的,既能清 除交越失真又能保护:放管TI,T|因温升过高不至被 烧坏的高性能OCL电路.,
固B高性能的0cL电路
困中,,Ts为信号输 入圾,L和构成双八,双出差动放大输入级与 ,它们各自 巢电极的输出信号相位相似且并联造加,推动T, , 置的有源偏置电路, 动级的长尾管构成恒流源电路,能够提高共模抑铷 比D,. , T功放级正,
反绩系数F-鲁_RF(15)
=兰—雨(16)5+'十靠+精
式中,A为T{的基极分流比,,T|两管 输出阻抗的并联值,a,a分剐为L,T的共基电流 放大倍数,B{,B;为T,T的共身聿电流放大倍数,其中 A=I,a|=1,s=《(1+B)rb5,
FR《(1+)6?
因此,(16)式可进一步化简为
!?.(17)
4T一
式中,为T"T各自的射极体电阻,Y为
,.
有关由达林顿管构成的复台管互补对称推挽OTL 称0TL功放电路,准互补对称推挽功放电路消除失 真和避免烧管的分析与这类似,不再赘述. ,
可编程序控制器在内胎硫
化机上的应用
重庆轮胎总厂许祝
我厂的内胎硫化车间有多种规格的内眙硫化机20 台,它们昼夜24zJ~时运行,是轮胎生产的核心设备之 一
.该车间的温度高,湿匪大,粉尘严重,环境相称 高,电动机也经常被烧毁,严重地影响了生产. 内胎生产工艺规定严格地控制各工步的时间,过 为了赶进匪,经常自行更改程控器的设定时间,致使 内胎质量不稳定,度次品率很高.