为什么OTL电路中不能随意省去自举电路？（对三管小功放一帖的理论分析）

TBsoft

为什么OTL电路中不能随意省去自举电路？

现在网上流传的一些OTL功率放大电路省去了自举电路，甚至一些商业套件中也这样做，实际上这样的电路是存在很大缺陷的，甚至是几乎不能用的。下图是一个省去了自举电路的OTL电路（来源于网络）。



为了分析方便，给电路中的元件加上如下标识：

C1：47μ
C2：1000μ
R1：5.6k
R2：1.5k
R3：470Ω
R4：22Ω
R5／R6：3.3Ω（2只）
VD1／VD2：1N4148（2只）
VT1：9014
VT2：8050
VT3：8550

其中VT2和VT3组成推挽输出互补管（以下简称推挽管），VT1是推动管。分析电路时，为了简单起见，忽略稳定工作点的元件以及VT2／VT3的偏置电路元件，因此R4、R5、R6、VD1和VD2都暂时忽略。

电路中，VT2和VT3的集电极交流接地，输出连接到VT2和VT3的发射极上，显然推挽管工作于共集电极电路（射极跟随器）状态，因此推挽管只有电流放大作用，没有电压放大作用，输出电压变化幅度完全取决于推挽管基极电压变化幅度，也就是推动管VT1集电极电压变化幅度。

设电源电压为VCC，由于OTL电路中点电压的限制，推动管VT1的静态集电极电压只能是VCC/2，输入信号正半周时，推动管vCE下降，如果输入信号正半周幅度足够大，推动管趋向于饱和，vCE接近0，于是VT1集电极电压也接近0，VT3得到充分激励，负载上得到足够幅度的输出。

输入信号负半周时，推动管vCE上升，如果输入信号负半周幅度足够大，推动管趋向于截止，由于VT2的基极电流要流经推动管负载电阻R3，因此R3上总有一定的压降，即使VT1趋向于截止，VT1集电极电压受到R3上压降的限制，不可能接近VCC，VT2得不到充分激励，负载上得不到足够幅度的输出。

因此，这个OTL电路中，推挽管VT2和VT3的激励是不平衡的，VT3能得到充分激励，VT2却得不到充分激励，严重限制了OTL功率放大电路性能的发挥。这个电路在实际应用中，输出功率大一点就容易发生削波，严重时，甚至会出现断断续续发声的现象。

为了解决VT2和VT3激励不平衡的问题，可以有以下几种解决问题的思路：

1、尽量减小推动管负载电阻R3的阻值，使得R3上的压降减小，进而使得VT2尽量得到充分激励。但推动管负载电阻R3本来就会消耗一定的推动功率，如果减小R3的阻值会导致R3消耗更多的推动功率，也会降低OTL功率放大电路的性能，因此这不是一种好的思路。

2、将VT1单管推动电路换成输出电压幅度能在接近0到接近VCC之间摆动的推动电路。使用运算放大器推动的OTL电路（包括使用运算放大器推动的OCL电路）属于这种思路，目前应用较为广泛。

3、将推动管负载电阻R3更换为恒流源，恒流源在流过VT1集电极电流和VT2基极电流的同时，自身的压降可以很小，这样使得VT1集电极电压可以在接近0到接近VCC之间摆动，VT2和VT3的激励自然就平衡了，同时恒流源的交流电阻接近无穷大，基本不消耗推动功率。集成功放中基本都使用这种思路。

4、将R3上端连接到一个比VCC电压更高的电源上，这样即使有R3上的压降，VT1集电极电压还是可以接近VCC，VT2即可得到充分激励。自举就属于这种思路。

因此，OTL电路中的自举电路是不能随意省去的，自举对于平衡推挽管的激励有着重要作用。如果一定要取消自举电路，对于分立元件组成的OTL电路，可以用恒流源取代推动管负载电阻，恒流源可以用恒流二极管（适用于电源电压较高的情况），也可以用晶体管和稳压管组成恒流源（通用性较好）。

实际上，对于前述电路，实现简单自举非常容易，根本无需添加任何元件，方法如下：

1、将C2极性反接；
2、将扬声器接地的一端改接电源正极；
3、将R3接电源正极的一端改接到扬声器另一端（即C2正极）。

这样，C2和扬声器就同时兼作自举电容和自举电阻。

最后，换一个角度分析自举电路的作用。推挽管工作于射极跟随器状态，射极跟随器相当于引入了强烈的电压负反馈，功率增益较低，推动管负载电阻又白白消耗了推动功率，因此OTL电路的增益更低，为了提高OTL电路的增益，可以有以下两种思路：

1、引入自举，自举实际相当于一种正反馈，部分抵消射极跟随器本身的负反馈，实际将推挽管的工作状态变成了共发射极工作状态，提高了增益。

2、将推动管负载电阻更换为恒流源，恒流源的交流电阻接近无穷大，基本不消耗推动功率，这样推动功率就基本全部用来推动推挽管，同样可以提高增益。

井蛙

学习了。试验的效果如何？

翌阳

加自举会加大动态范围，特别电压低的时候很有效。不加，大概也输出不了多少功率的情况下，也可以用，浪费了不少性能。失真也会加大。不加也能用的原因只有两个：一是输出功率不大，要求不高，能响就行；二是现在的8050和8550的放大系数很大，也对付能用了。
其实加上自举不需要增加任何元件，成本也不会变，只是改变一下接线就行了。喇叭通过的微小直流带来的失真远低于不加自举带的来失真。

radio1942

1，OTL不加自举可以正常工作，只是输出功率减小就是啦。
2，加自举可以增加输出功率，但是也带来了附加的失真——因为“被动的”动态造成的。

castal

做设计的都不知道吗？不见得，这种功放的音源一般是声卡输出，所以功放也不过是一个匹配器，能带动喇叭就可以了，加了自举功率也不会很高，再说用的喇叭口径也小，输入功率稍大点都有明显失真，

老三

先顶一下！再学习！！

monsterhaha

加自举增大输出电压动态范围的同时,也会有增大推挽管交流负载的副作用吧?

linyinet

自举这个东西，要看应用场合，低电压效果好一点。

蒙古乐忽门

一般地说,不填加元件就可以做到自举了,电容嘛,直接用输出的电容就行了

[ 本帖最后由 蒙古乐忽门 于 2011-2-12 09:58 编辑 ]

millwood

将推动管负载电阻更换为恒流源

active loads like a ccs have a few issues:

1) they need voltage drops to work. so your positive cannot swing to rail. that causes output inefficiencies;
2) they are generally unstable.

the 2nd point is where a bootstrap comes in handy: a bootstrap loses its gain at higher frequency, making them a great help for stability.

I have used all but bootstraps in my amps and have been very happy with them.

AKSA, one of the most widely built amps, also uses bootstrap for exactly the same reason.

蒙古乐忽门

原帖由 蒙古乐忽门 于 2011-2-12 09:56 发表
一般地说,不填加元件就可以做到自举了,电容嘛,直接用输出的电容就行了

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[ 本帖最后由 蒙古乐忽门 于 2011-2-12 13:29 编辑 ]

TBsoft

输出电容极性忘了反接，其实在我的原文中已经指出了这种方法。

原文中相应内容如下：

实际上，对于前述电路，实现简单自举非常容易，根本无需添加任何元件，方法如下：

1、将C2极性反接；
2、将扬声器接地的一端改接电源正极；
3、将R3接电源正极的一端改接到扬声器另一端（即C2正极）。

这样，C2和扬声器就同时兼作自举电容和自举电阻。

zzm530919

学习了，长了不少知识

倾听

呵呵,小电路,大学问啊!
不过此接法在换用不同阻抗的扬声器会不会造成工作点的较大偏移?

蒙古乐忽门

一般的输出阻抗大都在几欧到十几欧之间,与上偏流电阻相比之下显得很小,数年来的实验中没感觉有什么偏移

[ 本帖最后由 蒙古乐忽门 于 2011-2-12 13:27 编辑 ]