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理想的低压OTL功放

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发表于 2018-3-21 13:12:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 北极兵 于 2018-3-21 13:46 编辑

因为之前做一部直放式收音机,3.7V锂电池,使用一只4Ω3W的小全频喇叭,典型OTL功放输出功率小,就用两套组成BTL,但是前级的倒相电路,引入的寄生振荡和非线性的影响导致失败,于是决心改进OTL功放,期望在低压供电下,能得到较大的功率来推这个小喇叭。下图双连右侧是两路OTL功放。


2.jpg

传统的OTL功放采用互补对称电路(NPN、PNP参数一致,互补对称,均为射随组态,串联,中间两管子的射极作为输出),末级功放管压降较高,低电源电压供电时,输出功率小、电源利用率低是其最大的缺陷。因此一般在收音机中多采用变压器推挽功放,但其频响又是硬伤,远不如OTL功放,几十年来国内外均一直在改良OTL功放,至今仍无简洁实用的电路出现。除此之外,OTL功放的低频特性较差。现将OTL功放的缺点和目前较好的改进措施列表如下:


1.png

那么我们要做好OTL功放,就应取其精华,去其糟粕,对存在问题加以攻关解决。


理想的OTL功放,具有简洁的线路,高增益低噪声,频率特性优良,采用差分输入级、末级功放管集电极输出、大容量优质输出耦合电容。需要重点解决的问题是:如何稳定末级功放管的静态电流。


遵循以上原则,设计、实验、改进……连续几天的折腾,最终确定这个电路:


UNZA2}60BWI4S6S]HPMGT.png

电路结构:Q1、Q2组成差分输入放大级,Q3、Q4为推动级,Q5、Q6为输出级,均采用直接耦合,以提高增益和频率特性。Q3、Q4的发射级和集电极分别接电源的正负极,提高其推动能力。差分输入级将输出中点电压自动稳定在1/2电源电压。


末级静态电流的稳定:由D、R8、R9和C3来完成。末级静态电流由R4确定。D由两只1N4148串联,与Q5紧靠一起做热耦合。当Q5升温,发射结电压下降,导致集电极电流上升,D以2倍变化值下降,使差分输入级工作电流下降,R3、R4的压降同时下降,末级电流随之下降,达到稳定静态电流的作用。


输出端中点电压作为二极管D的稳压基准点。二极管D为差分输入级提供稳定的射极电流,二极管交流内阻极小,由R8来防止输出功率信号对地短路。


元件选择:Q1、Q2, Q3、Q4 ,Q5、Q6放大倍数要基本一致,电容要测一下ESR值,我调试的时候,被一只ESR值高达100多的1000UF坑害不浅。其它元件没有特殊要求。


安装时,Q3、Q4 要与Q5、Q6保持1.5厘米的距离,防止末级输出管的影响。


调试:R4用一只10K的电位器代替,调到4K接入电路。在电源中串入电流表,瞬间接通电源,有一个很大的冲击电流,是电源滤波电容和输出电容充电的过程,之后如果电流仍就过大,检查电路是否存在短路。调电位器,使电流在15mA左右。正常情况下,这时喇叭应无声或很小的低频噪声。接下来从输入端接入6KHz  10mV音频(1KHz太吵),用示波器检查输出波形,如有失真如下图,是Q3和Q4发射结的拐点影响,


失真.jpg

缓慢增大电位器阻值至波形正常即可。继续增大输入信号幅度至输出最大且不失真。4V电源,4Ω喇叭,最大输出峰峰值3.5V(Y轴0.5V/格),末级管的最小压降为0.25V。


650KHz.jpg

实验证明,电源电压在3~6伏的范围内都能稳定工作,实际上,只需要调整R9的值,来保证D工作电流正常,即可使功放适应各种不同的电源电压。


4Ω负载时,功放的不失真指标为:


最大输出电压VPP=E-0.5,


最大输出功率P= (E-0.5)2/32,3.7V输出0.32W,4.2V时0.43W,5V时0.63W


频率范围:50Hz~650KHz


150Hz时示波器闪烁,更低的频率拍不下来了。


150Hz闪烁.jpg 20KHz.jpg 70KHz.jpg 150KHz.jpg

这种功放带负载能力强,适应电压范围宽,失真小,最主要的是线路简单。在收音机中用此功放可以得到更高的功率,高电源电压应用,失真低,不易自激,频响好也是最突出的优点。


试验在收音机板上完成的,改的很乱,业余时间有限,没有再重新制作成品,矿友们来吧。


中午休息的时间发贴,工作时间不能上网,晚上一并回复,谢谢。



补充内容 (2018-3-29 15:24):
目前没有1.3V稳压管,用二极管代替,必须用三只硅管头尾相接成环形,取任意两端接入电路。感谢xlf0602老师的指正!见55楼、56楼。

评分

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发表于 2018-3-21 14:12:44 | 显示全部楼层
图收起来,以备不时之需
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发表于 2018-3-21 14:27:17 | 显示全部楼层
做个USB耳放不错。
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发表于 2018-3-21 14:45:46 | 显示全部楼层
高清仁 发表于 2018-3-21 14:27
做个USB耳放不错。

.035W您这是不要耳朵的节奏!
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发表于 2018-3-21 14:56:11 | 显示全部楼层
同条件下能不能超越2822 386 7368 7052...?
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 楼主| 发表于 2018-3-21 15:53:20 | 显示全部楼层
heroicjzu 发表于 2018-3-21 14:56
同条件下能不能超越2822 386 7368 7052...?

基本上是完胜!
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 楼主| 发表于 2018-3-21 15:54:23 | 显示全部楼层
补上650KHz波形: 650KHz.jpg
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发表于 2018-3-21 17:00:48 | 显示全部楼层

用贴片做好,环氧封灌,露出几个引线,国产优秀低压otl芯片诞生了
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发表于 2018-3-21 18:01:17 来自手机 | 显示全部楼层
挺不错的,值得一试!
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 楼主| 发表于 2018-3-21 20:19:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 北极兵 于 2018-3-21 20:23 编辑
heroicjzu 发表于 2018-3-21 17:00
用贴片做好,环氧封灌,露出几个引线,国产优秀低压otl芯片诞生了


这对视力是个考验,6脚直插厚膜功放块。
感谢园丁版主、爱康木、monky、88gmj88坛友加分鼓励!
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发表于 2018-3-21 20:28:23 | 显示全部楼层
集电极输出幅度确实高
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 楼主| 发表于 2018-3-21 20:37:35 | 显示全部楼层
天方夜谭 发表于 2018-3-21 20:28
集电极输出幅度确实高

末级集电极输出是共发射极放大,功率增益最大,发射极输出是共集电极放大,只放大推动级的输出电流,功率非常有限。
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发表于 2018-3-21 21:51:28 | 显示全部楼层
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发表于 2018-3-22 09:59:28 | 显示全部楼层
好久没见到这么工整的电路图了,看电阻的画法莫非北极兵老师是在外国
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发表于 2018-3-22 11:09:07 | 显示全部楼层
高阻杭喇叭要好些,或提高电源电压,输出功率才大。
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