晶体管OCL放大器设计

本课程设计中，在输入级采用差分放大器作为输入端，可以达到较好的效果。双端输入型电路如图5（a）。

图5 差分放大器

如图所示，其中管Q1，Q2特性完全相同，并且每个晶体管都构成了共射极电路，其他电阻等参数也完全一样，一般的差分放大器可以分为双端输入，单端输入，双端输出，单端输出等4种类型。输出为晶体管集电极电位之差。电路可以采用双电源供电。负电源保证晶体管发射结的正向导通，是晶体管能够正常的放大，Re电阻接在晶体管的发射结，具有负反馈的作用，能够稳定Q点，因此具有减少每一边电路的零点漂移的作用。 其主要参数： 差模信号：

Vid=vi1?vi21Vic=(vi1?vi2)2共模信号：

其中当输入信号为差模信号时有：vi1??vi2?Vid2； 当输入信号为共模信号时有：

vi1?vi2?Vic

差模电压增益：

Avd=vod?vod??vid??RL??????Rcrbe???2??vid?2??2??输入差模信号时，电路的输出电压为电路的两个晶体管的集电极的电位变化的2 倍，

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差模信号是电路的有效输入信号，差分电路对差模信号具有放大功能，其差模放大倍数等于单边电路的电压放大倍数，多使用一个晶体管并没有提高电压的放大倍数。

共模电压增益：

Avc=voc?02vi1?0vic由于共模信号的大小相同，方向相同，一端增加多少，电路的参数也相同，另一端同样增加多少，所以输入共模信号时，理想状态下，T变化或电源的波动，将使两管的IC、 VC产生相同的变化，双端输出电压基本不变，电路输出为零，电路完全抑制共模信号，同理，零点漂移引起的电压变化，也可以看成共模信号，所以利用差分放大器可以有效遏制温漂。

总输出电压：

vo=vod?voc?Avdvd?Avcvcrbe?2???1?Re?共模抑制比： KCMR?AvdAvc?2rbe???1?Re2rbe

由共模抑制比可以检验电路抑制共模信号的能力和放大差模信号的能力，有公式可以看出，Acd越大，Avc越小，KCMR越大，电路的性能越好，是用来反映抑制零漂能力的指标。

另一方面，由公式我们可以看出，Re越大，共模抑制比越高，电路的性能越好。但在实际的电路板中最好不出现大电阻，产生大损耗，发出热量多。

因此，在集成电路中常常采用用恒流源代替Re，如图5（b），恒流源的等效交流电阻很大并且利于集成电路制作，理想的恒流源的等效内阻为无穷大，此时甚至可以认为单端输出时的共模电压放大倍数也为0。同时恒流源可以使发射结电流为恒定，从而保证了Q点的稳定。

1.3.3 输出级功率放大器模块的工作原理

之前讲到过，工作在乙类方式下的放大电路，虽然晶体管的管功耗比较小，有利于提高效率，这对于输出大功率的功放十分重要，但存在严重的非线性失真，当功放用于音频系统中，会造成严重的声音失真，使得音频设备效果很差。所以在此介绍乙类互补对称功率放大器，如图6（a），电路采用两个参数相同的互补对称晶体管，并且让他们都工作在乙类方式下，其中一个在信号的正半周期导通，另一个在信号负半周期导通，最后在想办

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法让正负半周期的信号都能加载在负载上，就可以在负载上得到一个非线性失真有很大改 善的完整波形。

如图，可以看出互补功放是由两个共集极放大器组成，两个射级跟随器的特点是输出电阻小，带负载的能力强，适合作为功率输出级，各个管静态时不去电流，减少静态功耗。而在有输入信号时，两个晶体管轮流导通，互补了对方的不足。

其参数计算：

当输入为正弦波，则在负载电阻上的输出平均功率为：

Po?VoIo?VomIom22Vom ?22RL式中，Vo为输出电压的有效值，Vom为输出电压幅值，Io为输出电流的有效值，Iom为输出电流的幅值。当输出信号的幅值越大，电路输出的有用平均功率越大。

图6互补对称功率放大器

电源供给的直流功率Pv：

Pv?2VccVo2VccVom ?RL?RLPo?Vom ?pv4Vcc转换效率： ??显然，当忽视晶体管的饱和压降，即Vom=Vcc时乙类双电源的效率最高，可达???4。

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但在实际中，晶体管的管压降为0.7V左右，在小信号输入时，输入信号很小时，达 不到晶体管的开启电压，而使两个三极管均不导通，输出电压为零，只有当输入信号稍大时，晶体管才可以为导通，但输出波形仍有一定程度的失真。这种输入信号在正负半周期交替时过零点时，产生的失真称为交越失真。

消除交越失真的方法可以使用二极管和三极管做偏置电路，使之工作在近似乙类的甲乙类工作方式。如图6（b）。本次我做的课程设计中即使用的二极管和VBE扩大电路的甲乙类互补功率放大器。

该电路采用二极管加电压倍增电路，构成VBE扩大电路。其中

VCE4?VBE4?R1?R2?R2

晶体管Q4的发射结的外加电压VBE4基本不变，只要调整电阻R1，R2的阻值使得VCE4按Q2,Q3偏置电压的需要倍增就可以使电路的交越失真大为改善。

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2基本互补对称功率放大器的设计

本次我做的课程设计是互补对称功率放大器OCL，即没有输出耦合电容的功率放大器，其主要特点是：采用正负电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，低频效果很好；输出端的电压比较恒定；在较低的供电电压的情况下，可以获得较大的功率输出；所以常用于一些输出功率要求较大的功率放大器中。

根据前面的模块基本原理，然后通过数值计算，来找到合适的元件参数，达到我所需要的课设电路要求。

差动放大电路电压放大倍数仅与输出形式有关，只要是双端输出，它的差模电压放大倍数与单管基本的放大电路相同，如果是单管输出，则它的差模电压放大倍数是单极管基本电压放大倍数的一半，输入电阻则都一样。我设计的前级差动放大器如图7。

图7带恒流源的差动放大器

我用了恒流源来代替电阻Re，电阻值近似无穷大，不但可以提高电路电压放大倍数，还可以提供IE，稳定Q点。

设计了由晶体管Q2构成的电路输出恒定的电流，可以用来等效恒流源。利用稳压二极管D2的稳压特性，其额定的稳压值有12V，进而达到输出恒定电流的目的，其计算方法：

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