用分立元件設(shè)計(jì)制作互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大器

　　一、功率放大器基本電路特點(diǎn)

　　互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL功率放大器基本電路如圖①所示。其中：C1為信號(hào)輸入偶合元件，須注意極性應(yīng)于實(shí)際電路中的電位狀況保持一致。R1和R2組成BG1的偏置電路，給BG1提供靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也在整個(gè)電路中起到直流負(fù)反饋?zhàn)饔?。要求通過(guò)R1的電流大于BG1的基極電流至少5倍，按照β為100、Ic1為2mA計(jì)算，R1應(yīng)不大于6k，故給定為5.1k；C1因此也相應(yīng)給定為22μ，它對(duì)20Hz信號(hào)的阻抗為362Ω；R2需根據(jù)電源采用的具體電壓確定，約為R1（E/2-0.6）/0.6，按照32V電壓值應(yīng)取為約120K，確切值通過(guò)實(shí)際調(diào)試使BG1集電極電壓為15.4V來(lái)得到。

　　C2與R3構(gòu)成自舉電路，要求R3C2＞1/10、（R3＋R4）Ic1＝E/2－1.2，因R4是BG1的交流負(fù)載電阻，應(yīng)盡可能取大一點(diǎn)，R3一般取在1k之內(nèi)。按照32V電源電壓值和Ic1為2mA進(jìn)行計(jì)算，R3與R4之和為7.2k，實(shí)際將R3給為820Ω、R4給為6.8k，Ic1則為1.94mA；C2因此可取給為220μ。

　　R5和D是BG2、BG3互補(bǔ)管的偏置電路元件，給BG2、BG3共同提供一個(gè)適當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)，在能夠消除交越失真情況下盡量取小值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般取在3mA～4mA；改變R5阻值可使BG2與BG3的基極間電壓降改變而實(shí)現(xiàn)對(duì)其靜態(tài)工作的調(diào)整，與R5串聯(lián)的D是為了補(bǔ)償BG2、BG3發(fā)射結(jié)門(mén)坎電壓隨溫度發(fā)生的變化，最好采用兩只二極管串聯(lián)起來(lái)補(bǔ)償互補(bǔ)管發(fā)射結(jié)門(mén)坎電壓隨溫度發(fā)生的變化，使互補(bǔ)管靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定。簡(jiǎn)化電路中省略使用一只二極管。并聯(lián)在BG2、BG3基極間的C4，可使動(dòng)態(tài)工作時(shí)的ΔUAB減小，一般取為47μ；C3是防止BG1產(chǎn)生高頻自激的交流負(fù)反饋電容，一般取為47P～200P。

　　BG1起電壓放大作用，在該電路中被稱(chēng)為激勵(lì)級(jí)，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic1/400＝5μA、β＝100～200，所以應(yīng)選用小功率低噪聲三極管。BG2和BG3是互補(bǔ)電流放大極，分別與BG4、BG5構(gòu)成復(fù)合管對(duì)輸出電流進(jìn)行放大，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic2/100＝30μA、β＝100～200。在BG4、BG5使用普通大功率三級(jí)管而不是內(nèi)部已經(jīng)做成復(fù)合式大功率三級(jí)管的情況下，BG2與BG3需要提供給后級(jí)大功率三級(jí)管超過(guò)100mA的峰值驅(qū)動(dòng)電流，因此應(yīng)使用中功率三級(jí)管。BG4和BG5是負(fù)責(zé)放大輸出電流的大功率管，靜態(tài)工作電流可取在10mA～30mA，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic4/100＝0.1mA、β＝50～100。BG4和BG5的最大極限電流Imax應(yīng)該比輸出電流最大幅值大1倍，方能保證輸出電流最大幅值時(shí)β＞10。

　　R6和R7分別是BG4和BG5靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整分流電阻，動(dòng)態(tài)工作時(shí)的分流作用可以忽略不計(jì)。在Ube4和Ube5都等于0.6V標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)時(shí)，由互補(bǔ)電流放大級(jí)的靜態(tài)工作電流取在3mA～4mA，可計(jì)算出R6和R7應(yīng)取為220Ω。實(shí)際上，大功率三級(jí)管Ube可能相差較大，BG4和BG5的Ube需通過(guò)實(shí)測(cè)進(jìn)行配對(duì)使用，借助自舉電路工作的半邊復(fù)合管的總電流放大率應(yīng)應(yīng)比不借助自舉電路工作的另半邊復(fù)合管要小。

　　R8和R9分別是防止BG4和BG過(guò)流的限流電阻，一般取在0.2Ω～0.5Ω之間。將用200mm長(zhǎng)、直徑為φ0.08的漆包線兩端分別焊接在1k以上電阻兩端，把對(duì)折起來(lái)的漆包線繞在電阻上即可。相當(dāng)于熔斷保險(xiǎn)管的作用，屬于最簡(jiǎn)單的非智能式限流燒斷保護(hù)方式。

　　C5和C6是信號(hào)輸出電容，用一只小容量電容與大容量電容并聯(lián)起來(lái)使用，可消除大容量電容內(nèi)部具有的較大電感對(duì)高頻率信號(hào)的阻礙。注意它實(shí)際上是起到中點(diǎn)浮動(dòng)電源作用，所以電容量不是按照對(duì)通拼帶下端交流信號(hào)的阻抗應(yīng)為多大來(lái)計(jì)算，而是按照輸出功率需要消耗多少能量進(jìn)行計(jì)算。在中點(diǎn)浮動(dòng)電源電壓隨著輸出電流進(jìn)行波動(dòng)而導(dǎo)致輸出信號(hào)截波時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重削波失真。根據(jù)電容儲(chǔ)存的能量與電壓平方成正比關(guān)系，中點(diǎn)浮動(dòng)電源的輸出電容，容量應(yīng)是總電源上儲(chǔ)能電容量的4倍。

　　C9和R10是交流負(fù)反饋網(wǎng)路，與R2、R1共同構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反愧。R2與R1構(gòu)成的直流負(fù)反愧可使總的電壓放大倍率約等于R2除以1.2k（等于R1與BG1的發(fā)射結(jié)動(dòng)態(tài)電阻并聯(lián)），按照?qǐng)D①設(shè)計(jì)參數(shù)約為100倍，加入C9和R10的交流負(fù)反饋網(wǎng)路后，總的電壓放大倍率約等于R2與R10的并聯(lián)電阻除以1.2k，約為18倍。實(shí)踐證明，采用這種方式工作的電壓并聯(lián)負(fù)反愧表現(xiàn)效果很不良好。

　　二、對(duì)功率放大器基本電路的改進(jìn)

　　在圖①所示的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL功率放大器基本電路中，信號(hào)輸入激勵(lì)級(jí)的內(nèi)阻只有1k，需要做阻抗變換才能與大部份中、高阻信號(hào)源匹配。將信號(hào)輸入激勵(lì)級(jí)直接改成復(fù)合管是最簡(jiǎn)單的方式，復(fù)合管的接法有多種具體電路，最佳方案是采用圖②所示的接法。新增加的前置級(jí)實(shí)際上相當(dāng)于簡(jiǎn)單的電壓控制電流型運(yùn)算放大器，BG0的基極與發(fā)射極相當(dāng)于運(yùn)算放大器的正輸入端和負(fù)輸入端，正輸入端的動(dòng)態(tài)電阻已經(jīng)提高到10K以上。同時(shí)，從功率放大器輸出端接到負(fù)輸入端發(fā)射極負(fù)反饋電阻R10和取樣電阻R11之比決定著總的電壓放大倍率。

　　電路調(diào)試要點(diǎn)也是先將R5調(diào)節(jié)成短路0電阻狀況使BG2～BG5處于截止?fàn)顟B(tài)，用兩只1K/2W電阻分別從總電源兩端接到輸出端獲得中點(diǎn)電壓。用一只200K電位器代替R1或R2接在電路板上，用導(dǎo)線將C1輸入電容信號(hào)輸入端與地短路。接通電源，測(cè)量BG1的集電極到發(fā)射極的電壓降Uce，調(diào)節(jié)200K電位器使Uce等于E/2-0.6；在總電源電壓為32V時(shí)，BG1的靜態(tài)Uce應(yīng)等于15.4V0.1V。然后測(cè)量200K電位器實(shí)際所處的電阻值，換成同阻值固定電阻替換電位器，再測(cè)量BG1靜態(tài)Uce應(yīng)該在15.4V0.2V之內(nèi)。確定好BG1的靜態(tài)Uce后，再?gòu)男〉酱笳{(diào)節(jié)R5使BG4和BG5的靜態(tài)工作電流為15mA。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，可將R8與R9換接成100Ω/2W電阻，先測(cè)量R8與R9上的靜態(tài)電壓降應(yīng)為1.5V。斷開(kāi)電源，測(cè)量R5可調(diào)電阻實(shí)際所處的電阻值，將R5換成相同阻值的固定電阻，拆掉先前從輸出端分別連接到電源兩端的1k/2W分壓電阻。再接通電源，測(cè)量R8與R9上的靜態(tài)電壓降應(yīng)保持在1.2V～1.8V之間。測(cè)量輸出中點(diǎn)電平也應(yīng)為16V0.5V之間。把C1輸入電容信號(hào)輸入端與地?cái)嚅_(kāi)懸空，測(cè)量R8與R9的電壓降，用起子碰到C1輸入端時(shí)R8與R9上的電壓降明顯變大。然后把R8與R9換成0.3Ω電阻，接上喇叭試聽(tīng)。接通電源時(shí)因C0充電，輸出端中點(diǎn)電壓需要從零緩慢上升，因而只產(chǎn)生輕微沖擊聲。2秒鐘后，用手碰C1輸入端時(shí)喇叭將發(fā)出“嗚”的交流聲。將C1輸入端與地（電源負(fù)端）短路，喇叭應(yīng)不發(fā)出聲音，實(shí)際會(huì)發(fā)出輕微背景白噪聲或很小聲的交流哼聲。圖②所示的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL功率放大器改進(jìn)電路，有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是信號(hào)輸入端直流電平比輸出端中點(diǎn)電壓要低2V～3V，在大眾還沒(méi)有運(yùn)放IC使用和三極管元件價(jià)格高的20世紀(jì)80年代初，它已經(jīng)是很良好的可使用單電源的功率放大器實(shí)用電路。20世紀(jì)80年代中期，運(yùn)放IC開(kāi)始推出，人們開(kāi)始采用運(yùn)放IC來(lái)?yè)?dān)任前置極和激勵(lì)極。典型電路如圖③所示，因運(yùn)放IC不需調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，只要調(diào)節(jié)R5使BG2～BG5的靜態(tài)工作電流10mA～20mA即可。注意，雖然運(yùn)放IC不需調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，但在BG2～BG5處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由R8、R9和BG3、BG5發(fā)射結(jié)正向?qū)▽⑦\(yùn)放IC負(fù)輸入端置為高電平，運(yùn)放IC輸出低電平，于是通過(guò)BG3發(fā)射結(jié)把運(yùn)放IC負(fù)輸入端置為低電平，運(yùn)放IC輸出端翻轉(zhuǎn)成高電平，結(jié)果處于輸出不定的低頻率振蕩狀態(tài)，不能提供穩(wěn)定的參考中點(diǎn)電平。在這種狀況下調(diào)整BG2～BG5的靜態(tài)工作電流，運(yùn)放IC輸出端為高電平時(shí)調(diào)節(jié)R5無(wú)效；而運(yùn)放IC輸出端為0電平時(shí)BG5不能導(dǎo)通，調(diào)節(jié)R5只能使BG2、BG3、BG4進(jìn)入工作區(qū)，BG2實(shí)際只起到二極管的作用，經(jīng)BG4和BG2的電流直全部灌入運(yùn)放IC輸出端，結(jié)果使BG2和運(yùn)放IC因過(guò)流而損壞?。ㄎ以?jīng)把當(dāng)時(shí)手頭所擁有的幾只國(guó)產(chǎn)運(yùn)放IC和十幾只中功率三級(jí)管全部損壞，也未能將靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整出來(lái)。）必須先用導(dǎo)線將運(yùn)放IC的負(fù)輸入端與輸出端連通，暫不接上負(fù)反饋電阻R6，讓運(yùn)放IC以跟隨器方式輸出穩(wěn)定的參考中點(diǎn)電平，在此狀態(tài)下調(diào)節(jié)R5使BG2～BG5的靜態(tài)工作電流為15mA，將R5換成相同阻值的固定電阻后確認(rèn)BG2～BG5的靜態(tài)工作電流在10mA～20mA之間，再將運(yùn)放IC的負(fù)輸入端與輸出端端開(kāi)，把反饋電阻R6接入電路中。

　　使用運(yùn)放IC擔(dān)任前置極和激勵(lì)極后，最好將BG2～BG5的靜態(tài)工作電流偏置方式改成由三極管與分壓電阻構(gòu)成的穩(wěn)壓器，這樣可以在電源電壓發(fā)生較大變化下保持幾乎相同的靜態(tài)工作電流。圖④即是經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的電路，BG1發(fā)射結(jié)門(mén)坎電壓與BG2、BG3、BG4的門(mén)坎電壓一同隨溫度變化，本身可起到溫度補(bǔ)償作用。為了減少運(yùn)放IC輸出端的靜態(tài)工作電流，在運(yùn)放IC輸出端贈(zèng)加了到地端的分流電阻R10。有了該分流電阻后，調(diào)整BG2～BG5的靜態(tài)工作電流時(shí)可以先不接入運(yùn)放IC，直接由其中的R7、R8和R10分壓出近似的中點(diǎn)參考電平。先從0到大調(diào)節(jié)R5使BG2～BG5的靜態(tài)工作電流在10mA～20mA之間，再接入運(yùn)放IC，電路即能正常工作。另外，在運(yùn)放IC輸出端串聯(lián)一只1k限流電阻R15，可保證運(yùn)放IC輸出端處于0電平時(shí)BG5也不會(huì)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。

　　使用運(yùn)放IC擔(dān)任前置極和激勵(lì)極，最大的優(yōu)點(diǎn)是輸出端直流電平與信號(hào)輸入端直流電平嚴(yán)格一致，相差不大于0.05V。這樣就可以制作出由兩個(gè)OTL功率放大器構(gòu)成的反向輸出的BTL功率放大器，而在輸出端直流電平與信號(hào)輸入端直流電平相差懸殊情況下，兩個(gè)OTL功率放大器的正、反相輸出端直流電平往往會(huì)相差超過(guò)0.5V，明顯影響喇叭的工作平衡位置。BTL功率放大器的正、反相輸出端直流電平直流電平相差必須小于0.1V，喇叭的工作平衡位置才不會(huì)發(fā)生明顯偏離自由平衡位置。喇叭的工作平衡位置明顯偏離自由平衡位置時(shí)，正反方向的機(jī)械振動(dòng)幅度不對(duì)稱(chēng)，發(fā)出的聲波將產(chǎn)生畸變不自然。另外，輸出端直流電平與信號(hào)輸入端直流電平嚴(yán)格一致，才使得使用正、負(fù)雙電源供電的OCL功率放大器成為現(xiàn)實(shí)。否則，因輸出端直流電平與電源中點(diǎn)電平相差較大，將導(dǎo)致喇叭不能良好的正常工作。

　　由于大部分運(yùn)放IC的工作電壓都不高，性能良好的高電壓運(yùn)放IC品種少、價(jià)格高，人們也可以采用與運(yùn)放IC前置級(jí)相同的差動(dòng)放大電路來(lái)達(dá)到同樣目的。圖⑤即是采用差動(dòng)放大方式做前置極的典型電路，它比圖①所示的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL功率放大器基本電路多用2只要求特性一致的三極管，比圖②所示的改進(jìn)型互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL功率放大器實(shí)用電路多用1只三極管。說(shuō)倒底，并不是人們不知道怎么設(shè)計(jì)功率放大器，而是受到器件選擇上的限制，在不同歷史時(shí)期只能使用相應(yīng)的設(shè)計(jì)電路。在20世紀(jì)80年代后期，人們才開(kāi)始比較容易找到特性一致的三極管進(jìn)行配對(duì)使用。因差動(dòng)放大極的靜態(tài)電流可由電路設(shè)計(jì)參數(shù)準(zhǔn)確給定，不用調(diào)節(jié)差動(dòng)放大管的靜態(tài)電流。在圖⑤電路使用32V電源的情況下，前置差動(dòng)放大管的靜態(tài)電流為0.51mA～0.52mA，只要先調(diào)節(jié)R12使BG1的集電極到地端的電壓降為15.4V，再調(diào)節(jié)R5使BG2～BG5的靜態(tài)工作電流在10mA～20mA之間即可。

　　在調(diào)整BG1的靜態(tài)電流時(shí)，同樣先要將R5調(diào)節(jié)成短路0電阻狀況使BG2～BG5處于截止?fàn)顟B(tài)，暫不接入負(fù)反饋電阻R10，用導(dǎo)線將BG6、BG0的基極短路。接通電源，先調(diào)節(jié)R12使BG1集電極到地端的電壓降為15.4V0.2V，再調(diào)節(jié)R5使BG2～BG5的靜態(tài)工作電流為15mA。為保險(xiǎn)起見(jiàn)，先將R8與R9換接成100Ω/2W電阻，測(cè)量R8與R9上的靜態(tài)電壓降應(yīng)為1.5V。斷開(kāi)電源，測(cè)量R5與R12可調(diào)電阻實(shí)際所處的電阻值，將它們換成相同阻值的固定電阻。接通電源，測(cè)量R8與R9上的靜態(tài)電壓降應(yīng)保持在1.2V～1.8V之間。測(cè)量輸出中點(diǎn)電平應(yīng)在16V0.3V之間。斷開(kāi)電源，將BG6、BG0的基極間連接導(dǎo)線取掉，把負(fù)反饋電阻R10接入電路。再接通電源，測(cè)量R8與R9上的靜態(tài)電壓降應(yīng)保持在1.2V～1.8V之間。測(cè)量輸出中點(diǎn)電平應(yīng)在16V0.2V之間，差分管電流放大倍率越大，輸出端直流電平與信號(hào)輸入端直流電平相差越小。用起子碰C1輸入端時(shí)R8與R9上的電壓降明顯變大。然后把R8與R9換成0.3Ω電阻，接上喇叭試聽(tīng)。接通電源時(shí)輸出端中點(diǎn)電壓需要從零緩慢上升，因而只產(chǎn)生輕微沖擊聲。2秒鐘后，用手碰C1輸入端喇叭將發(fā)出“嗚”的交流聲。將C1輸入端與地（電源負(fù)端）短路，喇叭應(yīng)不發(fā)出聲音，實(shí)際會(huì)發(fā)出輕微背景白噪聲或很小聲的交流哼聲。

　　三、對(duì)功率放大器實(shí)用電路的完善

　　采用自舉電路設(shè)計(jì)的功率放大器雖然電路相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但卻存在下限工作頻率截止點(diǎn)。而引入自舉電路是為了避免對(duì)上半波進(jìn)行放大時(shí)沒(méi)有足夠電流提供給互補(bǔ)管使用，在不缺三極管使用的情況下，可以采用恒流源來(lái)保證對(duì)上半波進(jìn)行放大時(shí)也有足夠的電流提供給互補(bǔ)管使用。與此同時(shí)，將差動(dòng)放大器也設(shè)計(jì)成由恒流源提供工作電流，可以大大提高對(duì)共態(tài)噪聲的抑制比和放寬對(duì)電源電壓的準(zhǔn)確要求。圖⑥是使用恒流源的功率放大器典型電路，其中：BG3與BG4構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)恒流源，前者給前置差動(dòng)放大極提供1mA恒定總電流，2只差分管BG1、BG2各得到0.5mA的靜態(tài)工作電流；后者提供2mA恒定電流，與激勵(lì)極BG5的靜態(tài)工作電流2mA相等，從而使放大器輸出端Q的靜態(tài)中點(diǎn)電壓完全由阻值相同的R13與R14分壓確定出來(lái)，不會(huì)過(guò)大偏離E/2。串聯(lián)在下方R14上的D1是為了補(bǔ)償上方復(fù)合管的門(mén)坎壓降比下方單一的互補(bǔ)管門(mén)坎壓降多一個(gè)PN結(jié)壓降，確保由阻值相同的R13與R14分壓確定出來(lái)的中點(diǎn)電壓更準(zhǔn)確。激勵(lì)極BG5的靜態(tài)工作電流已經(jīng)由R4上的1V壓降和R12阻值200Ω確定為2mA，也不用調(diào)節(jié)。所以，在調(diào)節(jié)BG7～BG10的靜態(tài)工作電流時(shí)先不接入BG4和BG5，直接在R13與R14分壓出中點(diǎn)參考電壓并提供有0.4mA～1.1mA的偏置電流給BG6工作狀況下，由最小零電阻起始調(diào)節(jié)R10使BG7～BG10的靜態(tài)工作電流為15 mA即可。然后把R10換成固定電阻，將BG4和BG5接入電路板，放大器即刻正常工作。雖然元件參數(shù)存在離散性，可能使BG5激勵(lì)極的實(shí)際靜態(tài)工作電流與BG4恒流源電流有少量相差，差動(dòng)放大極也會(huì)根據(jù)輸出端Q的靜態(tài)電壓偏離中點(diǎn)狀況自動(dòng)改變BG1的實(shí)際靜態(tài)工作電流，使BG5的實(shí)際靜態(tài)工作電流與BG4恒流源電流完全相等。當(dāng)然，對(duì)BG5實(shí)際靜態(tài)工作電流進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)后，差動(dòng)放大極的靜態(tài)工作電流不允許其中任何一個(gè)明顯減少太多。按照?qǐng)D⑥中的元件參數(shù)，只要變化0.1mA就可以讓BG5的靜態(tài)工作電流變化1mA，足以實(shí)現(xiàn)對(duì)BG5的靜態(tài)工作電流調(diào)整。

　　然而，由于恒流源限制了激勵(lì)極處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)所能提供的最大電流，提高電源電壓后并不能相應(yīng)的提高輸出幅值。雖然相應(yīng)增加恒流源電流可以提高輸出幅值，但卻使激勵(lì)極靜態(tài)工作電流也相應(yīng)增大，穩(wěn)定性變差。較好的辦法是引入鏡像電路，采用上下對(duì)稱(chēng)的差動(dòng)電流放大方式驅(qū)動(dòng)后面的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大管工作。圖⑦即是采用上下對(duì)稱(chēng)差動(dòng)電流放大方式作激勵(lì)極的功率放大器實(shí)用電路，因輸出功率較大，為避免過(guò)載損壞器件，電路中加進(jìn)了限制最大輸出電流的保護(hù)功能。其中，BG4和BG5構(gòu)成的鏡像電路，可使BG5的工作電流Ic5與BG4的工作電流Ic4保持完全相等，進(jìn)而對(duì)驅(qū)動(dòng)BG6。實(shí)現(xiàn)由BG6、BG7構(gòu)成上下對(duì)稱(chēng)的差動(dòng)電流放大方式。這樣，即可保證在上半波信號(hào)需要激勵(lì)極提供更大驅(qū)動(dòng)電流時(shí)，BG6也同步能輸出更大的驅(qū)動(dòng)電流給后極功率放大管。要達(dá)到同樣目的，人們也可以采取再并聯(lián)一對(duì)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)的前置差動(dòng)放大器，由它實(shí)現(xiàn)對(duì)BG6的驅(qū)動(dòng)。但由于鏡像電路對(duì)元件的要求沒(méi)有前置差動(dòng)放大器高，采用兩對(duì)前置差動(dòng)放大器并不能對(duì)整個(gè)電路提高任何性能，大可不必使用那種多花代價(jià)的笨辦法。該電路的調(diào)整方式與圖⑥所示的使用恒流源的功率放大器電路完全相同。

　　從工作原理上考慮，采用上下對(duì)稱(chēng)差動(dòng)電流放大方式作激勵(lì)極的電路已無(wú)缺陷。但由于大功率三極管的特性并不理想，在輸出電流達(dá)到1A以上時(shí)，電流放大倍率只有10～25，將使得驅(qū)動(dòng)大功率三極管工作的互補(bǔ)管必須提供超過(guò)200mA以上電流給后極?；パa(bǔ)管本身的功耗經(jīng)常超過(guò)2W，發(fā)熱嚴(yán)重，互補(bǔ)管也需要另外裝散熱器。在電子元件廠家已經(jīng)研制生產(chǎn)出大功率達(dá)林頓管的情況下，改用內(nèi)部已做成復(fù)合管的達(dá)林頓管作最后級(jí)電流放大管，可以大大減輕對(duì)互補(bǔ)管的輸出驅(qū)動(dòng)電流要求。如SGS公司生產(chǎn)的TIP系列大功率達(dá)林頓管，在輸出電流達(dá)到2A以上時(shí)，電流放大倍率也能達(dá)到500以上，從而只需要互補(bǔ)管提供20mA以下驅(qū)動(dòng)電流給后極工作，互補(bǔ)管本身的功耗降低到0.2W以下。需要修改的設(shè)計(jì)參數(shù)只是根據(jù)達(dá)林頓管的門(mén)坎電壓等于普通三極管門(mén)坎電壓的2倍，把提供靜態(tài)工作電流的偏置分流電阻R18、R19增加一倍阻值，以便保持互補(bǔ)管的靜態(tài)工作電流不改變。同時(shí)互補(bǔ)管BG9、BG10基級(jí)間的電壓降比先前增加一只普通三極管的門(mén)坎電壓，它對(duì)電路靜態(tài)工作電流的調(diào)整方式毫無(wú)影響。

　　由于達(dá)林頓管不是專(zhuān)為音頻功率放大器研制的器件，工作頻率上限并不很高。普通大功率三極管的頻率上限只達(dá)到1MHz，專(zhuān)為音頻功率放大器研制的大功率三極管也只能達(dá)到10MHz，最好的不超過(guò)100MHz。雖然音頻范圍只有10Hz～20kHz，可是三極管的電流放大倍率與工作頻率相關(guān)，處于工作頻率上限時(shí)，電流放大倍率會(huì)下降到1倍。這使得工作頻率上限低的三極管對(duì)20kHz高音的放大能力比2kHz中音的放大能力要低，也就導(dǎo)致開(kāi)環(huán)狀態(tài)下高音與中音的電流放大倍率已經(jīng)不保持相同。而閉環(huán)負(fù)反饋對(duì)整個(gè)音頻保持相同的取樣倍率，并不改變混合信號(hào)里高音電流放大倍率比中音電流放大倍率低的狀況，從而使混合信號(hào)里的高音實(shí)際比中音的放大倍率要低。所以，使用工作頻率上限高的大功率三極管，可使混合信號(hào)里高音電流放大倍率比中音電流放大倍率下降得要少。如果使用頻率上限只達(dá)到1MHz的大功率三極管制作音頻功率放大器，將感到8kHz以上的高音成分嚴(yán)重不足。故此，國(guó)外的電子元件制造廠已經(jīng)在20世紀(jì)90年代研制出性能超群的音頻功率放大器專(zhuān)用大功率三極管。日本三肯公司制造的三肯管是最早出名的音頻功率放大器專(zhuān)用大功率三極管，但它們都不是達(dá)林頓管，需要性能同樣超群的中功率來(lái)做驅(qū)動(dòng)前極，而且要給驅(qū)動(dòng)前極中功率安裝散熱器。

　　到20世紀(jì)80年代后期，人們研制出性能更高的大功率場(chǎng)效應(yīng)管。任何大功率場(chǎng)效應(yīng)管的工作頻率上限也能達(dá)到100MHz，但因起初缺少高工作電壓的大功率場(chǎng)效應(yīng)管，生產(chǎn)廠家制作輸出功率超過(guò)40W的功率放大器還是以選用大功率三極管。實(shí)際上，使用大功率場(chǎng)效應(yīng)管制作功率放大器比使用大功率三極管制作功率放大器更方便。但需要特別注意一點(diǎn)，雖然效應(yīng)管是電壓控制型器件，但大功率場(chǎng)效應(yīng)管的輸入柵極與源極之間存在較大的結(jié)電容，可達(dá)到800P左右，因此在工作頻率較高的狀況下同樣要提供5mA～10mA充放電驅(qū)動(dòng)電流。竄聯(lián)在柵極前的電阻會(huì)影響對(duì)輸入結(jié)電容的充放電，阻值盡量取小。圖⑨即是采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管的實(shí)用功率放大器電路，由于某些大功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極沒(méi)有內(nèi)置限壓保護(hù)穩(wěn)壓管，特地在電路中加入了限壓保護(hù)穩(wěn)壓管。使用沒(méi)有內(nèi)置限壓保護(hù)穩(wěn)壓管的大功率場(chǎng)效應(yīng)管，焊接時(shí)必須先用導(dǎo)線將柵極與源極短路，焊接好大功率場(chǎng)效應(yīng)管和限壓保護(hù)穩(wěn)壓管后才能將柵極與源極間的短路導(dǎo)線去除。采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管設(shè)計(jì)的功率放大器，調(diào)試方式與采用大功率三極管設(shè)計(jì)的功率放大器完全相同。

　　需要注意的是，大功率場(chǎng)效應(yīng)管的門(mén)坎電壓在2V～3V之間，（三星公司生產(chǎn)的大功率場(chǎng)效應(yīng)管門(mén)坎電壓多為2V），大功率場(chǎng)效應(yīng)管的實(shí)際工作電壓不要超過(guò)最大允許電壓的一半值，最大工作電流峰值不要超過(guò)允許電流的2/3方能確保安全可靠工作。這個(gè)要求已經(jīng)比對(duì)三機(jī)管的要求寬很多，三機(jī)管的實(shí)際工作電壓也不能超過(guò)最大允許電壓的一半值，而三機(jī)管的最大工作電流峰值不能超過(guò)最大允許電流的1/3方能正常工作。大功率場(chǎng)效應(yīng)管還有一個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性能十分良好，從25℃～125℃，工作特性幾乎完全相同。所以使用大功率場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，散熱器上的溫度也可以相應(yīng)允許高到90℃，而三極管還存在二此擊穿的可能，實(shí)際允許工作的溫度應(yīng)限制在70℃以下。

　　四、使用多組電源供電高效功率放大器

　　沒(méi)有把輸出端中點(diǎn)電壓嚴(yán)格控制在要求理想數(shù)值狀況下，功率放大器只能使用單電源供電，中點(diǎn)電源采用自動(dòng)跟隨的浮動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。只要給足夠大容量的儲(chǔ)能電容，實(shí)際輸出能力與使用雙電源的OCL輸出方式并無(wú)區(qū)別。之所以要采用OCL輸出方式，除了面可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)出性能更好功率放大器外，更大的實(shí)際意義是使用正負(fù)雙電源供電的OCL輸出方式可以進(jìn)一步降低電路背景噪聲。在功率放大器前置信號(hào)輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路后，輸出端直流電平已經(jīng)能與信號(hào)輸入端直流電平保持基本相等，相差小于0.2V。在這種狀況下，將信號(hào)輸入端直流電平偏置電阻連接到正負(fù)雙電源中點(diǎn)電位上，就可以把單電源供電的OTL輸出方式改成使用正負(fù)雙電源供電的OCL輸出方式，不再使用自動(dòng)跟隨的浮動(dòng)中點(diǎn)電源。其實(shí)，使用運(yùn)放IC做前置信號(hào)輸入級(jí)能使輸出端的直流電平與信號(hào)輸入端直流電平保持幾乎相等，相差小于0.02V，正是因?yàn)檫\(yùn)放IC內(nèi)部也采用差動(dòng)放大電路做輸入級(jí)，而且一般都采用復(fù)合管方式的差動(dòng)放大電路做輸入級(jí)，從而使流進(jìn)或流出IC正、負(fù)輸入端的靜態(tài)電流低于0.1μA，在負(fù)反饋電阻上的靜態(tài)直流壓降已低于0.01V。若能找到特性非常一直的配對(duì)管，當(dāng)然也可以采用復(fù)合管方式的差動(dòng)放大電路做輸入級(jí)，使輸出端的直流電平與信號(hào)輸入端直流電平保持幾乎相等，相差小于0.02V，特性極其一致的配對(duì)管需要在一片半導(dǎo)體材料上做成，這正是運(yùn)放IC的制作工藝優(yōu)勢(shì)。簡(jiǎn)言之，僅僅把OTL輸出方式改成OCL輸出方式，在電路設(shè)計(jì)上沒(méi)有任何提高。實(shí)際上，以甲乙類(lèi)工作方式制作的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大器存在一個(gè)缺陷，就是最后級(jí)大功率電流放大管的靜態(tài)處于接近截止區(qū)位置，無(wú)論使用大功率三級(jí)管，還是使用大功率場(chǎng)效應(yīng)管，在截止區(qū)附近的動(dòng)態(tài)電阻都明顯比線性區(qū)的動(dòng)態(tài)電阻要大得很多，實(shí)際可以相差數(shù)倍到10多倍。靜態(tài)電流越小，動(dòng)態(tài)電阻越大。當(dāng)放大器輸出電壓歸零時(shí)，喇叭振動(dòng)盆還會(huì)繼續(xù)作阻尼振動(dòng)到停止。音圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流將阻礙喇叭振動(dòng)盆自由振動(dòng)，如果與音圈串聯(lián)的放大器內(nèi)阻比較大，就會(huì)使音圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流減少，降低電阻尼作用，振動(dòng)盆的阻尼振動(dòng)就不容易停止下來(lái)，發(fā)出的聲音出現(xiàn)“拖泥帶水”的發(fā)散收不住狀況。與此同時(shí)，中低音單元喇叭的音圈在磁場(chǎng)中移動(dòng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流不能被功率放大器盡可能短路掉，會(huì)成為妨礙中高音單元喇叭工作的干擾驅(qū)動(dòng)信號(hào)。甲類(lèi)放大器之所以有較好的重放音質(zhì)，奧妙就在于它具有很低的靜態(tài)輸出阻抗。但由于甲類(lèi)放大器功耗大、發(fā)熱嚴(yán)重，不宜在大工作電壓下采用。為此，可以在使用高低兩組正負(fù)電源供電的方式下對(duì)最后級(jí)大功率電流放大管的工作狀態(tài)實(shí)施動(dòng)態(tài)偏置，使放大器輸出電壓幅度小于4V時(shí)大功率電流放大管工作于甲類(lèi)狀況，輸出幅度大于4V時(shí)變換為乙類(lèi)狀況。由于輪流處于工作中的大功率電流放大管始終是在大電流狀態(tài)下工作，實(shí)際效果與純甲類(lèi)工作方式相同。

　　圖⑩即是采用大功率達(dá)林頓管設(shè)計(jì)的高效率動(dòng)態(tài)偏置甲類(lèi)功率放大器典型電路，為了較好的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)偏置，T1、T2上下兩只大功率達(dá)林頓管采用互補(bǔ)管，以便增加偏置電路上的門(mén)坎電壓。要求兩只互補(bǔ)管特性參數(shù)完全相同，實(shí)際電流放大倍率相差不要超過(guò)20%。因動(dòng)態(tài)偏置是在每一個(gè)半波輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)4V參考值進(jìn)行變換，要求動(dòng)態(tài)偏置變換速度必須比輸出信號(hào)上限20KHz頻率至少高100倍，光電隔離變換器件的響應(yīng)頻率至少應(yīng)達(dá)到1MHz，所使用的二極管也必須采用高速管。當(dāng)輸出信號(hào)電壓處于4V以?xún)?nèi)時(shí)，光電輸出端三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，兩只互補(bǔ)大功率電流放大管被偏置在1A靜態(tài)電流下工作，而當(dāng)輸出信號(hào)電壓超過(guò)4V時(shí)，光電輸出端三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，兩只互補(bǔ)大功率電流放大管被偏置在10mA靜態(tài)電流下工作。但由于輸出信號(hào)電壓超過(guò)4V時(shí)，大功率電流放大管的工作電流必須超過(guò)0.5A，4Ω負(fù)載時(shí)必須超過(guò)1A，實(shí)際也等同于甲類(lèi)工作方式。與此同時(shí)，在輸出信號(hào)電壓處于6V以?xún)?nèi)時(shí)，BG11、BG12處于截止?fàn)顟B(tài)，T3、T4達(dá)林頓開(kāi)關(guān)管也截止，T1、T2兩只互補(bǔ)大功率電流放大管是由8V低壓電源供電。而在輸出信號(hào)電壓超過(guò)6V時(shí)，BG11、BG12處于導(dǎo)通狀態(tài)，T3、T4達(dá)林頓開(kāi)關(guān)管也導(dǎo)通，T1、T2兩只互補(bǔ)大功率電流放大管改由30V高壓電源供電，從而使大功率電流放大管的功耗降低。

　　在N道溝和P道溝高壓大功率場(chǎng)效應(yīng)管都很容易購(gòu)買(mǎi)到的情況下，可改用大功率場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)制作高效率動(dòng)態(tài)偏置甲類(lèi)功率放大器。同樣，T1、T2上下兩只大功率場(chǎng)效應(yīng)管要采用互補(bǔ)管，要求兩只互補(bǔ)管特性參數(shù)相同，實(shí)際的電流放大倍率相差不要超過(guò)20%。由于使用動(dòng)態(tài)偏置工作方式，偏置電路的參數(shù)調(diào)整稍微復(fù)雜一些。具體方式與前面介紹的方法相同，先把T1、T2由R11、R12串聯(lián)確定出的1A靜態(tài)電流調(diào)節(jié)出來(lái)，再適當(dāng)分配二者的實(shí)際阻值，使R12處于短路時(shí)T1、T2的靜態(tài)電流為2mA～10mA。即不要完全截止，也沒(méi)必要調(diào)大。

　　鑒于動(dòng)態(tài)偏置甲類(lèi)功率放大器的最主要目的是要降低放大器本身的輸出內(nèi)阻，在上下大功率電流放大管中不宜串聯(lián)限流保護(hù)電阻，對(duì)放大器最大輸出電流的限制特改設(shè)計(jì)在電源部分電路之中。這樣，與動(dòng)態(tài)偏置甲類(lèi)功率放大器匹配使用的高低兩組正負(fù)電源也同時(shí)都設(shè)計(jì)成穩(wěn)壓電源。參見(jiàn)圖12，使用大功率場(chǎng)效應(yīng)管制作供功率放大器使用的穩(wěn)壓電源非常簡(jiǎn)單，功率放大器對(duì)電源電壓的準(zhǔn)確值要求不高，使用大功率場(chǎng)效應(yīng)管制作的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源完全能達(dá)到要求，同時(shí)還可以獲得很好的電子濾波效果，可大大降低從電源帶進(jìn)來(lái)的雜波噪聲。

　　必須明白，每一只大功率器件都受到最大功耗的使用限制，尤其在溫度明顯升高的狀況下，最大允許功耗將大大降低。把功率放大器的電源設(shè)計(jì)成穩(wěn)壓電源，除了能使功率放大器電路處于穩(wěn)定狀況下工作外，由穩(wěn)壓電源調(diào)整管分擔(dān)掉一部分功耗，可減輕由功率放大管承擔(dān)的無(wú)用功耗，使功率放大器發(fā)揮出最大工作能力。在缺少大功率器件的時(shí)代，只能使用簡(jiǎn)單的整流電源，結(jié)果使放大器實(shí)際能夠輸出的功率比理論計(jì)算值小得很多，原因就是功率放大管的最大允許功耗已經(jīng)被無(wú)用功耗占去太多。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　如果僅從對(duì)功率放大器性能的完美追求上去考慮，我們還可以把許多只功率放大管并聯(lián)起來(lái)工作獲得更高的性能。然而這乃是在用高投入成本來(lái)獲得實(shí)際效果增加不多的笨蛋干法。事實(shí)上，當(dāng)人們把功率放大器的輸出功率制做得很巨大時(shí)，它也成為中高音單元喇叭的致命殺手！而且使用級(jí)后分頻方式，在使用到高中低三個(gè)單元喇叭的情況下就開(kāi)始明顯表現(xiàn)不佳，級(jí)后分頻方式僅能在二分頻情況下表現(xiàn)得比較良好。只有改為采用級(jí)前分頻方式來(lái)設(shè)計(jì)制作音頻功率放大器，我們才能從根本上克服級(jí)后分頻的缺點(diǎn)，并根據(jù)不同工作頻帶范圍要求選用適合的器件，以最少的制造成本獲得最高的效果。