乙类互补推挽otl功放电路发生震荡和削顶，请教超级高手

aaa555000

3V功放，仿的星这个，完全能达到原始资料的指标。过去也实作过，但不尽人意，以后还准备就仿真进行再次验证。参见：3V.0TL功放验证记实 - 〓晶体管与集成〓 - 矿石收音机论坛 - Powered by Discuz!  http://www.crystalradio.cn/forum ... id=1924496#lastpost

girlexplorer

老衲想出了一个自举电容功能原理的验证电路：

给各位网友拜年。

如图：
信号源不接时，两功放管中间电位3V，电流1.67mA，正常。
上半图，自举电容C4接上，输出峰峰值近4V。
下半图，自举电容C4不接，输出峰峰值约1.2V。

自举电容将输出变大成3倍多。

实测，6V电池电压，不失真输出峰峰值最大只能4V左右。再大就削顶失真了。

单击，再单击，可看到清晰大图。



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实测，用示波器看，C3两端的波形AC完全一样，DC相差3V。

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R2+R1不变时，此图，R2的合理取值范围是50-200欧，若小于50，则输出减小。若大于200欧，则输出波形失真。
R2合理取值范围与负载R5的大小有没有关系，待研究。
有种说法，R2应取R5的10-50倍，这种说法似乎是错误的。原因可能是编写教材的用的喇叭是4欧，就得出此结论了，或者用的电源电压不一样。

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负载R5继续增大时，首先波形下部削顶，然后波形上部削顶。
若R5改成320欧，则输出波形上部削顶在2.7V，下部削顶在-2.1V，上下削顶范围不对称。
将D1二极管改成合适电阻，静态工作点重调到正常，发现仍然上下削顶范围不对称，说明削顶范围不对称与D1二极管无关。
为什么上下削顶范围不对称，原因待研究。

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实测，几种合适的静态工作点设置：
6V，  （50欧，500欧），（180欧，1N4148），86k，则两功放管之间3V，   1.67mA。
6V，  （50欧，500欧），（332欧），              86k，则两功放管之间3V，   1.65mA。

20V，（50欧，500欧），（40欧，1N4148），  97k，则两功放管之间10V， 1.24mA。

3V，  （50欧，500欧），（920欧），              76k，则两功放管之间1.5V，1.25mA。
3V，  （50欧，500欧），（110欧，两个1N4148），76k，则两功放管之间1.5V，1.25mA。



补充内容 (2024-2-9 20:48):
6V，  （50欧，500欧），（32欧，双1N4148），86k，则两功放管之间3V，   2.32mA。

补充内容 (2024-2-11 22:14):
6V，  （51欧，330欧），（20欧，双1N4148），61k，则两功放管之间3V，   2.85mA。

girlexplorer

不同的偏置，输出波形是否失真的对比试验：

上半图和下半图，信号源不接时，两功放管之间都是3V，1.25mA，正常。

上半图，用纯电阻偏置，输出波形上下明显不对称，失真 13.8%。
下半图，用两个二极管串电阻偏置，输出波形上下基本对称，失真 3.8%。
单击，再单击，可看到清晰大图。

看样子，乙类推挽otl功放电路，两个功放管的偏置一定要用两个二极管串电阻，这样失真小。
如果单用电阻偏置，失真太大。

老衲的功放电路学习暂告一段落，以后想到啥，再试验。也欢迎各位建议、指正。



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后续补充两个功放管beta值不同时的失真试验。

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后续补充两个功放管之间电位不在中点时的失真试验。




补充内容 (2024-2-10 13:15):
后续补充（单电阻并大电容）的功放管偏置测试。
这种偏置很有争议，强烈推荐的有之，说这种偏置不可行的有之。

补充内容 (2024-2-10 16:07):
后续补充自举电容抬高电压、增加阻抗分开互不干扰的试验。


补充内容 (2024-2-12 01:42):
后续补充前置驱动管单独电源，功放管中点稳定性和失真试验。

补充内容 (2024-2-15 14:42):
后续补充喇叭输出电容小于多少时，半个周期电容代替电源会供电不足。

小鬼头

girlexplorer 发表于 2024-2-9 14:44
老衲想出了一个自举电容功能原理的验证电路：

给各位网友拜年。

1、我在下面的2个帖子里，深入分析过自举电路，其中第二个帖子28楼给出了这种电路ac增益的计算方法及论证推导此方法的全过程：


http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2072618&extra=&page=19

http://www.crystalradio.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=2093472&extra=page%3D1&page=6

2、你这里说的什么“削顶”不对称现象，根源是你这个电路基本没有大环路负反馈（输入级也没有本级负反馈），基本上属于“裸奔”。所以线性奇差（失真很大）——我第一个回帖就说这个问题了。

对于完全没有负反馈的bjt共e放大电路，其线性较好/失真较小的工作范围，就输入电平计，按教科书的说法是只有一个Vt（即25摄氏度时为26mV）。输入电平超出这个后，输出的正弦波波形上能看到肉眼可见的失真（失真率大概已大于5%）

看bjt的输入特性曲线就可知道，在工作点附近，正半周和负半周的放大能力是不相同的，因此，失真波形的“削顶”电平正负半周也不相同，呈现不对称的现象。

girlexplorer

小鬼头 发表于 2024-2-9 16:41
1、我在下面的2个帖子里，深入分析过自举电路，其中第二个帖子28楼给出了这种电路ac增益的计算方法及论证 ...

先谢你的自举电容分析计算，挺好。

线性奇差算不上吧？输出峰峰值3.2V时，失真3.7%。

另外，负反馈毫无用处。

超过26mv时，加负反馈是将放大倍数减小，
等效于不加负反馈但减小输入值，例如前面加音量电位器等。
因此，负反馈是多此一举。

6v电压，输入50mv时，加各种负反馈，能将失真减小到1%之内？

小鬼头

girlexplorer 发表于 2024-2-9 17:39
先谢你的自举电容分析计算，挺好。

线性奇差算不上吧？输出峰峰值3.2V时，失真3.7%。

3.7%的失真，在晶体管电路中当然是奇差了。

晶体管电路是靠负反馈来满足线性度要求的，或者说，晶体管就是靠负反馈立足的。没有负反馈，晶体管在音频应用中根本就混不下去。

失真度不够低，就加深负反馈（但是也不能无限制地加深负反馈，否则会马上遇到自激问题）。但你的电路开环增益太低，没有多少空间可供利用，即使是加入自举电容提升一些开环增益，也是如此。

要想明显降低失真，就要增加晶体管数量。增加晶体管数量后，开环增益将会大幅提升，这时候引入大环路负反馈，并做好避免自激的高频补偿，就能得到失真率很低的音频功放。而这也是跟运放设计类同的基本原理——你一楼不是让别人介绍功放设计书吗？找运放设计原理的书籍、再加上研究分析功放特有电路的有关书籍，我看也差不多了。

小鬼头

girlexplorer 发表于 2024-2-9 17:39
先谢你的自举电容分析计算，挺好。

线性奇差算不上吧？输出峰峰值3.2V时，失真3.7%。

你说“负反馈毫无用处”及后面的所谓分析，不仅显示出你对负反馈原理基础知识方面的贫乏，而且，也表明你缺乏对晶体管电路运作规律的了解。

在你心目中，加入负反馈后，晶体管bjt仍只有26mV的线性工作范围。但实际上，加入负反馈后，比如在e极与地之间接一只电阻引入本级负反馈（引入大环路负反馈也类似此情形），bjt就不像原来那样只有26mV的线性工作范围，而是线性工作范围被扩大n倍，这个n倍就是负反馈量。

如果不是这样，那么，世界上这么多的商品功放是不可能线性地放大1Vrms幅度信号、又能把失真率控制至0.01%的程度。

回到上面的e极电阻负反馈情形来分析其中的运作：

1、bjt放大的信号是b极与e极之间的信号。

2、没有e极负反馈电阻时，他直接面对输入信号，只能线性放大最多26mV的幅度。

3、有e极负反馈电阻时，他仍是放大b极与e极之间的信号，他与输入信号之间差了一个e极电阻上的电压（负反馈电压）。换言之，他不需直接面对输入信号，因此，其线性工作的输入范围被扩大了n倍。

冰岛

girlexplorer 发表于 2024-2-9 17:39
先谢你的自举电容分析计算，挺好。

线性奇差算不上吧？输出峰峰值3.2V时，失真3.7%。

3管二级直接耦合互补OTL功放，它的推动级是反相放大，功放输出级是同相放大，整体反相级数是奇数，故它属于反相放大器。请楼主复习“反相放大”闭环电压放大倍数计算公式：Uo/Ui=R2/R1。

小鬼头 2楼就已经说过，OTL功放输入端需要串联电阻，否则因为仿真软件里的信号源是理想的电压源（信号源内阻0Ω），20楼仿真电路里的R4根本无法起到交流负反馈作用。

冰岛

girlexplorer 发表于 2024-2-9 14:44
老衲想出了一个自举电容功能原理的验证电路：

给各位网友拜年。

C4和R2是为了增加自举电路而额外增加元件，从电路交流等效图看，R2、R5都是接在功放输出与参考地之间，也就是说R2两端的交变电压与R5两端的交变电压相等。R2是为了增加自举而额外增加的功放负荷，R2会对功放管Q1、Q2输出电流分流，增加功放的电源消耗，另一方面会使R2发热量增加，这都不是电路中设置R2的意图，从电源电流利用率方面考虑，R2/R5值越大，电源电流利用率就越高。
不过从另一方面考虑，由于Q3静态集电极电流绝大部分流过R2，R2越大，R1上端直流电位也越低，Q3静态集电极电流也就越小，这会使Q1获得的激励电流上限降低，同样不是增加R2的意图。
综合考虑，R2通常既要远小于R1，又要远远大于R5。我给楼主一个简单的计算方法：4(R1+R2)/R5=β（其中β是Q1或者Q2电流放大倍数中较小的那个），以此计算R1和R2总阻值，然后除以3~4得到R2，总阻值减去R2得到R1。

冰岛

girlexplorer  2024-2-7 21:28
bcй·ж

лл ...

把一个100~500pF的电容连接到推动管c-b之间，的确可以有效降低电路自激振荡的可能性，但这种做法未必是最佳方案。我记得大多数成品收音机或者电视机的功放电路里，这个电容是并联在R4两端的，而且，有些收音机为了衰减不必要的高音，这个电容容量会用得很大，几千pF到0.022μF都有。前不久我也用软件仿真过，高频负反馈电容并联在R4两端，在功放管Q1、Q2静态集电极电流比较小的情况下，电路放大高频时的交越失真现象比接在推动管c-b之间轻得多。

girlexplorer

三管式otl功放电路，有自举电容，合理设计时：

准确设计时，电压放大倍数 Av 约= 20*E，
其中E是电源电压。
例如，电源电压是6V，则电压放大倍数是6*20=120倍。

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对于实际电路，可按以下公式计算:

Av 约 = 0.015 * beta * RL * Ic

其中，beta是末级功放管的放大倍数，约100。
RL是喇叭阻抗。
Ic是前置驱动管的集电极电流。

例如，β=100，RL=16欧，Ic=6mA，则
Av=0.015*100*16*6=144 倍。







补充内容 (2024-2-15 11:46):
beta是功放管平均交流放大倍数，几mA时最大，超过100；大电流时变小，低于100。

枫丹白露

输入串个电阻，会好很多。一般使用信号源都有内阻，仿真实验时要考虑一下实际使用情况。

girlexplorer

这种otl功放电路，上下功放管的放大能力是不平衡的（不相等的）。
Rc+R3+两个二极管接下管。
Rc接上管。
上下管不对称。

而且，下管放大时，电流也大。
两者叠加导致，上下管即使beta一样，下管的放大倍数也超过上管。

这应该是失真的重要来源之一。这种失真无法从电路上消除。
不知道前置驱动管Q3由NPN管改成PNP管，是不是能改善。
或者，用老衲搞不懂的差动放大可能能减小失真。

可能所有的otl功放电路皆如此。

zhang3256827

你们用的是什么仿真软件

小鬼头

你这个电路失真的最主要来源，还是晶体管本身的裸特性。

你从虚拟示波器看到的失真：

1、输出波形在削顶前的正负半周不对称，是晶体管输入特性曲线弯曲（裸特性）带来的必然结果。

2、你这个电路基本没有负反馈，“裸奔”之下，由于失真大，因此能够从示波器上看到输出波形的这种不对称失真。

3、在输入端增加一只串联电阻，引入足够的负反馈后，示波器上的波形不对称现象会随之消失，因为负反馈量足够后，失真会随之降低，达到了难于从波形上看出失真（变形）的程度。

——另外，你这个电路的输出中点电压安排不够合理。会导致正负半周的削顶电平不相等，也就是，电源电压的利用率不够高。

这是因为，有了自举电容的自举作用之后，正半周时最大摆幅能达到约比电源电压低0.3V（即一个npn输出管的压降）的程度，而负半周时，最大摆幅却只能达到约比0v电压高0.3V+0.7V的程度（0.3V是输入管的饱和压降，0.7v是pnp输出管的be结压降）。

把功放的输出中点电压调节到约3.35V时，才能获得最大的输出摆幅（此时的电源电压利用率最高）。