B类OTL互补推挽功放的二极管偏置

girlexplorer

不知为何，老衲突然对功放电路产生了兴趣。

很多很多很多权威教材上说，乙类互补推挽功放的两个功放管静态偏置很重要。

说是如果用固定偏置，温度每上升30度，静态电流Idc会上升10倍。静态电流上升10倍，会发大热，越热，所需的Vbe就越小，静态电流就会更加快速上升，越上升，就越热，越热，就越上升，很快烧毁。

权威教材的说法是：用两个特性曲线与三极管一样的二极管作为偏置，号称补偿二极管。
如果温度上升，三极管所需的Vbe越小，正好二极管的Vbe同等变小，这样，静态电流就不变。

还说，这是镜像电流源，二极管里的电流，等于三极管的静态电流。

老衲试了几种二极管，发现是扯淡。如果二极管特性曲线与三极管差一点点，三极管的静态电流Idc就会相差很大。
感觉这不是镜像电流源，而是误差放大器。很难找到特性曲线一样的。

老衲查阅了所有收音机手册，好像就没有用两个二极管偏置的。可能前人发现这个方法理想是完美的，实际上是根本不可行的。


这就是教材推崇备至的补偿二极管静态偏置法。



上下左右是四张图片，老衲放在一起了。

EF80

如果末级功采用的是硅互补功率管。那么D1和D2同样用的是硅材料的二极管。假如功率管基极工作于0.6，而D1D2导通为0.7伏的话。那么就像您说的那样，三极管的静态电流会相差的很大。我一般情况下用适当的可调电阻来取代D1或者D2其中一只。通过调整这个可变电阻，可以使功率管达到理想的静态电流值。同样也可以起到温度补偿作用的

HenryYam

通常末级发射极要串一个小阻值电阻的。有电流负反馈作用，能稳定静态电流。

撇微主

  作为温度补偿，必须将二极管贴紧三极管才有意义

longshort

二極管與三極管無法直接匹配，原因在於二極管的體電阻的存在，導致其電流增長曲綫與電壓增量偏離對數關係較大。

第三圖有比較好的補償效果。兩個管子同型號、同極性，具有相同的基-射結面積，因而在同樣的基-射結增量電壓的作用下，產生的集電極電流在原理上是相同的。控制R1使Q2通過一定的電流，在Q1集電極上將得到同樣的電流。有基-射結電壓增量與集電極電流比的關係公式：DeltaUbe=26mV*ln(I2/I1)；

　　若I2=I1，則DeltaUbe為零，I2多少I1也為多少。

　　若I2=2I1，則DeltaUbe=18mV，意味著若需增加一倍的Q1集電極電流，則改變R1使Q2中通過電流產生的基-射結電壓增加18mV，那麽Q1的集電極電流便可增加一倍，如同鏡子一般。這就是所謂電流鏡。

　　溫度補償就更簡單了，兩個相同的晶體管基-射結溫度係數相當，環境溫度變化對兩個管子的影響是完全一樣的，你上升我也上升，結果保持DeltaUbe比不變，則集電極電流就保持在同一水平了。

girlexplorer

如果用一只二极管和一只电阻串联当偏置，也不大好弄。
老衲试了一下，无论前级信号从哪里输入，输出波形都会不对称。
双击，再双击，可看到清晰大图。

girlexplorer

如果偏置不合理，12v电源电压之下，射极即使加了两个5欧电阻，仍然足以烧毁功放管。

6v不加射极电阻，即使偏置不合理，基本上也不会烧毁功放管。R1、R2不能过小。

冰岛

HenryYam 发表于 2024-2-5 15:53
通常末级发射极要串一个小阻值电阻的。有电流负反馈作用，能稳定静态电流。

功放末级发射极电阻对稳定静态集电极电流所起的作用杯水车薪，但那两个电阻对功放末级动态输出电流的影响却很显著。对于小功率OTL功放来说，功放管发射极电阻能不用尽量不用。
晶体管结温每升高一摄氏度，相同工作电流状态下发射结导通压降就降低2mV~2.5mV，这是高校物理教科书里说的，我记得是《电子线路基础》还是什么书里的。

对于动态输出电流来说，功放管发射极电阻相当于与功放负载直接串联，假如功放负载阻抗是8Ω，功放管发射极电阻取2Ω，功放管发射极电阻所分得的功率已经占到了总输出功率的20%，这意味着功放的效率只有不使用发射极电阻的80；串联2Ω发射极电阻之后，功放的最大输出电压降至原来的80%，最大输出功率降至原来的64%。
再设想功放管基极偏置电压固定不变，功放管结温从25摄氏度升高到50摄氏度，结温升高25摄氏度，发射结导通压降降低50mV，要在2Ω发射极电阻上面产生50mW压降，那么流过发射极电阻的电流得增加25mA。当然，功放管结温升高之后，发射极电阻流过的电流是功放管提供的，功放管发射极电流升高的同时，基极电流也同步升高，实际发射极电流上升值可能略小于25mA——不过，功放管结温的变化范围可远不止25摄氏度这么点，冬天刚通电时结温在零下，功放工作一段时间之后结温可能远远超过50摄氏度。就算静态集电极电流只有25mA，没信号状态下功放末级输入功率已经达到了150mW，每只功放管的集电极功率达到了70mW，而工作点稳定在正常值的功放，6V供电状态下无论输入信号幅度多大，功放管的平均集电极功率也没有这么大。
功放管发射极电阻是在使用其它补偿措施之后，热稳定性仍不理想而不得已而为之的补救措施，在采取稳压以及温度补偿措施能稳定功放级工作电流的情况下，发射极电阻能不用尽量不用。

king5555

Q1和Q2的两个基极接上一个电阻，连同R1丶R2利用这三颗电阻来设置合理的偏置。

冰岛

互补OTL功放两只异极性功放管基极之间的偏置电路，既需要起温度补偿作用，也需要起“稳压”作用，然而，用在此处的理想元器件到目前为止还没有出现，不论是固定电阻、热敏电阻、二极管、三极管还是发光二极管都不理想，实际设计电路，只能从众多不理想的元器件当中选择最合适的。
电阻的伏安曲线是一次特性，二极管或者三极管发射结伏安曲线是二次特性，如果OTL功放两只功放管基极之间使用电阻偏置，那么电源电压变化导致偏置分压电路的电流也近似成比例变化，电流变量又大部分走功放管发射结，这就会导致功放管静态电流非常不稳定，功放无法适应电源电压大范围变化，只有在使用稳压供电的情况下，OTL功放才可以完全使用电阻偏置——这里说的是硅管OTL功放而不是锗管OTL功放，锗管发射结导通压降低，可以通过适当减小静态偏置，以THD稍微加大为代价，避免功放管出现异常的大电流。
固定电阻没有温度补偿作用，硅材料三极管发射结导通压降随结温升高而降低，因此实际使用电阻偏置的OTL功放，偏置电阻大多采用负温度系数热敏电阻与固定电阻并联或者串联的方式，以起到合适的温度补偿效果。
理论上，二极管伏安特性与三极管发射结是相同的，但实际上不同型号的二极管伏安特性不同，不同型号三极管发射结伏安特性也不相同，因此，理论上使用两只串联的二极管做OTL功放的基极偏置，功放管静态集电极电流应该与电源电压成比例，然而实际并不是这样。如果选用的二极管型号较随意，那么组装之后就会发现问题：功放管静态集电极电流要么过大、要么太小，又或者在特定供电电压下合适，一旦电源电压发生变化，功放管静态集电极电流也可能发生较大变化，造成输出波形失真、功放耗电量偏大或者功放管烧毁的问题。把与功放管相同型号的三极管当做二极管，两只“二极管”串联起来作为功放管偏置，功放管静态集电极电流通常不会特别大或者特别小，对电源电压适应范围也比较宽，但是，如果功放管是大功率管、功放是大功率电路，用与功放管型号相同的一对大功率管做偏置，显然体积和成本都不划算。
关于三极管做偏置的“温度补偿”，当做偏置的三极管与功放三极管型号相同，那么它们的温度特性也大致相同，这可以使功放电路适应很宽的环境温度，末级功放的静态集电极电流几乎不受环境温度影响——然而，功放是需要放大信号波形的，当有信号输入，功放管的发热量会显著升高，而当做偏置的两只三极管不仅电压比功放管低得多，而且信号越大这两只三极管的平均电流反而越小，发热量也越小。显然，分立元件功放即使使用三极管为功放管提供温度补偿作用，也无法完美抑制因功放管自身发热而出现的工作电流增加问题。对于分立元件功放来说，较有效抑制功放管电流升高的措施，一是尽量改善功放管的散热条件，二是功放管降功率使用。理论上Pcm=500mW的功放管可以做出2W的功放，实际上为了改善功放的工作点稳定性，500mW的功放管一般只用在输出功率500mW的功放。

冰岛

贴个较完整的OTL功放电路：

电路中Q6、Q7是一对功放管，Q4、Q5为Q6、Q7的基极偏置，Q3是推动管，R5是推动级负载电阻，额外“多”出来的R3、R4，它们既可以起到调整Q6、Q7静态集电极电流的作用，也可以使功放电路对供电电压的适应范围更宽。当R3、R4取值合适，电源电压在很宽的范围变化，Q6、Q7静态偏置都几乎不变，从而降低电源电压升高导致功放管烧毁的风险。仿真结果，供电电压在3.5V或者7V，Q6静态集电极电流都是1.4mA，供电电压5V时Q6静态集电极电流1.6mA，简单的二极管偏置或者三极管偏置都无法达到这种效果。R3、R4只用其中一个，阻值升高一倍也可以起到相同的作用。