晶体管推挽功率放大器的交越失真

未来的我

好贴 收藏了

james2007

向河伯老师致敬！收藏的最高境界，捐给后人，如果您不这样做的话，后人只能去国外参观了。向您学习，做高尚的人。有机会一定去看一看。再次谢谢您！

yledad

感谢楼主好贴！
俺菜鸟一个，但是喜欢，就需要这样的基础的，逻辑和语音清晰的课程。楼主能继续发表系列教程就好了

看是看懂了，可是懂了又有问题了，又烦楼主了。。。

当两只管子的工作范围覆盖了对方的工作范围一部分，那不是正常工作状态吧？那样会不会信号的一部分是两只管子分别输出，一部分是两只管子重复输出，那样所输出信号会是什么样子的呢？

当两只管子完全覆盖对方的时候，输出功率是不是加大了一倍呢？

推挽式的正常工作状态难道只是两只管子刚好衔接？那不是很不容易吗？即使两只管子完全覆盖对方，两只管子也不可能完全一样，输出就会是两个不同的信号叠加，想象也是问题。那么推挽式的优点是什么呢，值得花这么大的代价？

最后一个傻问题，如果没有示波器，有什么好方法调试推挽电路吗？

菜鸟不懂，想学习，问题有错烦楼主和大家指教。

d3b7

回楼上的:
推挽是极性相反的两个电路的输出加在一起，河伯示意的电路是用变压器倒相的两个同极性管子组成的，现在常见的是PNP管和NPN管组成的。为什么你要认为两个管子一起输出不能是正常工作状态呢？一起输出跟两放大器并联用是等效的。推挽也可以是完全甲类工作的，此时最大输出功率比用一个管子加大一倍，而且二次谐波失真率大大降低。
功率放大器里面用乙类、甲乙类推挽输出主要目的是提高用电效率——静态工作点可以取得很低，耗电基本上跟输出电流成正比。如果是甲类方式，有一个静态工作点决定了的功率门槛，没有输出也有较大功耗。
“两只管子也不可能完全一样"， 没错，所以推挽用管子要求尽量配对。但是谐波失真并不仅仅是上下半周的波形对称问题那么简单。即使是只用一个管子的射极输出器(甲类工作)放大一个正弦波信号，发射极最小电流是静态电流的一半，输出波形的上下峰也是不对称的，虽然肉眼未必明显看出来。

Lee

请教一下，显示图7波形时，示波器探头怎么接法？

deepimpact

太棒了，楼主真是个好人啊

yledad

原帖由 d3b7 于 2009-10-31 12:00 发表
回楼上的:
推挽是极性相反的两个电路的输出加在一起，河伯示意的电路是用变压器倒相的两个同极性管子组成的，现在常见的是PNP管和NPN管组成的。为什么你要认为两个管子一起输出不能是正常工作状态呢？一起输出跟两放 ...

回d3b7楼主，我是这么想的，不知对不对：

我所不清楚的地方不是在两只管子同时输出，而是在两只管子在非甲类状态下同时输出信号的同一部分。

在非甲类状态下，无论是变压器倒相还是NPN/PNP，总是两只管子分别负责信号的正负两半，所以信号正负两半的输出都只是得到一只管子的输出功率（这里暂且把纯甲类状态放在一边不谈）；如果两只管子的输出有互相覆盖的部分，那么互相覆盖部分的输出就得到了两只管子的功率，也就是说输出信号的上下峰都只得到一只管子的功率，而中间互相覆盖的部分则得到了两只管子的功率。是这样吗？纯属在脑子里空想的，并没有实践的感性认识；错了别笑话，烦指教。

另外，推挽式的调试一般做法是让两只管子有一些互相覆盖吗？

d3b7

回楼上：
    是这样的，你说的“互相覆盖"就是两个管子都没有截至的时候，这时两个管子的电流都随信号幅度变化(一个增就一个减)。
    如果是纯乙类输出，就没有覆盖，一个有电流则另一个必截止。这样的问题就是楼主解释的交越失真，是由于管子在零界工作点的极度非线性造成的。

yledad

原帖由 d3b7 于 2009-10-31 21:00 发表
回楼上：
    是这样的，你说的“互相覆盖"就是两个管子都没有截至的时候，这时两个管子的电流都随信号幅度变化(一个增就一个减)。
    如果是纯乙类输出，就没有覆盖，一个有电流则另一个必截止。这样的问题就是楼 ...

回答d3b7楼主，“覆盖”是沿用河泊楼主的词语，以便明了所指。

为什么“一个增就一个减”呢？如果两只管子调试成有所互相覆盖，所覆盖的信号部分就同时处于两只管子的工作区，所以这部分信号就被两只管子同时放大，放大了两次；同一信号同一方向，二者同步增减。不是这样吗？如果是这样的话，那一个输出信号的周期里岂不是两个波峰只被放大一次得到一只管子的输出功率，而中间互相覆盖的部分则被放大两次得到两只管子的输出功率？我猜这样不是正常工作状态，故问。

推挽式甲乙类电路的调试一般做法是让两只管子有一些互相覆盖吧？不然就成了纯乙类或者甲类了，也就是说以上描述的状态就是正常工作状态了？可是信号周期里的输出功率时而一之时而二之，好像不太对啊。俺菜鸟错在哪里呢？烦指教。

d3b7

"一个增则另一个减" 是对管子的实际电流而言的。因为两管子的输入是反相的。

在两个管子都处于放大区的时候，推挽等效是两个管子并联使用。一个管子变到两个并联的管子, 增益是有所变化的。细究的话，哪怕是一个甲类状态的管子，小信号和大振幅信号的增益也是不一样的。

yledad

但是对同一个信号在同一个周期里的增益都不一样也是属于正常的吗，好奇这样的输出听起来会是什么样子呢？（菜鸟现在还不会做音频功率放大，也没有示波器来观察检测，不过那一天会来到的，面包会有的，牛奶也会有的。。。那一天来到的时候就实验检测一下玩玩。）

另外，输出信号的功率大些代表什么呢，听起来响一些？如果在示波器上看是不是就是振幅大一些呢？可是这个响一些的部分大一些振幅只是同一个信号周期的中间部分，这怎么弄啊？菜鸟怎么理解才好呢？

deepimpact

如果用场效应管做推挽输出应该不会有交越失真的吧？

e3po

首先,  输出级的电压增益一般都是 1 或者约等于 1;

           其次,  原图中上下两个管子接的输入变压器次级是相互反相的;

           再次,  一个点在特定时刻的电压是不可能出现两个值;

           还有,     一个点在特定时刻的电位上升(参照公共点),  对"推"的管子而言是"增", 对"拉"的管就是减,  就象打太极的时候两个人练推手一样.


所以,  输出不会因为推挽就大一倍的输出.  但是如果问什么东西大了一倍呢?  偶觉得抗过载能力大了将近一倍.

[ 本帖最后由 e3po 于 2009-11-2 15:13 编辑 ]

locky_z

管子在不同电流下的跨导是相差很大的。

  例如上面这只管的Vbe-Ic曲线，在大电流段，曲线变得垂直，而在小电流段，曲线变得水平
曲线越垂直表示相同的电压变化，得到的电流变化也越大，因此大电流段的跨导比小电流时的跨导大得多。
  所以推勉状态下，某个半周时，主要输出电流那只管的跨导比另一只管的大得多，电流也大得多，另外一只管电流很小，其反方向的电流不会对合成的电流有太大影响。




再补充说明一下静态电流对失真的影响
推勉管分别工作在相反状态，因此他们的Vbe-Ic在相反的象限内，

当输入电压在正负0.5V时，IC都很小，即没有输出电压。此时的波形就是交越失真。

如果我们将推勉管偏置在静态电流为Ic=12.476mA下，此时的Vbe为0.5513V，
因此其合成传输曲线就是“将这两条原始Vbe-Ic曲线分别平移12.476mA和0.5513V”，因此其合成传输特性为下图



再看看如果偏置在Ic=59.53mA，Vbe=0.5937V,将两条原始Vbe-Ic曲线分别平移0.5937V和59.37mA，其合成传输特性为下图



上面两幅图，绿色线是理想的传输曲线，如果Vbe-Ic合成曲线越接近这条绿色传输曲线，那么失真越少。可见如果偏置在59mA这一幅图，其合成传输曲线更接近绿色的理想传输曲线，失真更小。



以上是以电压源方式驱动晶体管的状态，将晶体管看成不用吸收基极电流。实际上难以达到电压源方式驱动晶体管，因此会降低跨导，特别是在较大电流时，跨导降低较多，所以实际的失真不会像我的图那样大
但如果推勉管是MOS管，交越失真会更明显。

yledad

原帖由 locky_z 于 2009-11-2 16:29 发表
管子在不同电流下的跨导是相差很大的。

  例如上面这只管的Vbe-Ic曲线，在大电流段，曲线变得垂直，而在小电流段， ...

妙啊！感谢楼主！

楼主提到两点。

【一】
集极电流小的时候跨导小，而两只管子互相覆盖的区域是低电压的区域，不会给集极带来太大的电流，因此对放大了的输出信号影响不大，所以我们也就把这样的状态当作正常工作状态了。请教这样理解对吗？

如果两只管子被设置在有所互相覆盖状态，在所互相覆盖的区域里两只管子就都工作，就都对同一个信号进行放大，他们所输出的集极电流也应该一样大并且没有相位之别，是不是在输出集极电流上也应该没有主次之分呢？

另外，能麻烦您给一个“跨导”的定义吗？菜鸟啊，汗。。。

【二】
从跨导的角度和设定静态集极电流的角度看对管子的偏置，从而控制管子的工作区域，实在是妙极了，感谢楼主解释了偏置的意义！可是不明白合成传输曲线和两只管子工作范围的关系，难道这个合成的传输曲线中间也有一部分是相重合的吗？

如果是的话，输出信号一个周期里面就仍然是两峰得到一倍功率，中间得到两倍功率，对吗？或者应该不说功率而说输出电流？在这里两者是一回事吧？

示波器表示的波形只限于电压变化吧？电子学里面有什么做图方法能同时表明电压和功率的信息呢？

这样两头一倍功率中间两倍功率的输出实在是让菜鸟好奇啊。当这个两倍的功率（？）或者两倍电流（？）抵达喇叭，喇叭会有什么反应呢，声音大一点？

e3po楼主说在功率（？）或者电流（？）为两倍的时候，“抗过载能力大了将近一倍”。这又怎么理解呢？机器的输出功率被喇叭消耗，喇叭就会响一些；不被喇叭消耗，也会消耗在什么别的地方，储存起来是不可以的吧？功率不完全送出去不烧机器吗？

[ 本帖最后由 yledad 于 2009-11-3 10:41 编辑 ]