分立元件设计制作功率放大器教程一、功率放大器基本电路特点互补对称式 OTL 功率放大器基本电路如图 ①所示其中：C1 为信号输入偶合元件，须注意极性应于实际电路中的电位状况保持一致R1 和 R2 组成 BG1 的偏置电路，给 BG1 提供静态工作点，同时也在整个电路中起到直流负反馈作用要求通过 R1 的电流大于 BG1 的基极电流至少 5 倍，按照 β 为100、Ic1 为 2mA 计算，R1 应不大于 6k，故给定为 5.1k；C1 因此也相应给定为 22μ，它对 20Hz 信号的阻抗为362Ω；R2 需根据电源采用的具体电压确定，约为 R1（E/2-0.6）/0.6 ，按照 32V 电压值应取为约 120K，确切值通过实际调试使 BG1 集电极电压为 15.4V 来得到C2 与 R3 构成自举电路，要求 R3×C2＞1/10 、 （R3＋R4）× Ic1＝E/2－1.2，因 R4 是 BG1 的交流负载电阻，应尽可能取大一点，R3 一般取在 1k 之内按照 32V 电源电压值和 Ic1 为 2mA 进行计算，R3 与 R4 之和为 7.2k，实际将 R3 给为820Ω、R4 给为 6.8k，Ic1 则为 1.94mA；C2 因此可取给为 220μ。
R5 和 D 是 BG2、BG3 互补管的偏置电路元件，给 BG2、BG3 共同提供一个适当静态工作点，在能够消除交越失真情况下尽量取小值，根据实验结果一般取在 3mA～4mA ；改变 R5 阻值可使 BG2 与 BG3 的基极间电压降改变而实现对其静态工作的调整，与 R5 串联的 D 是为了补偿 BG2、BG3 发射结门坎电压随温度发生的变化，最好采用两只二极管串联起来补偿互补管发射结门坎电压随温度发生的变化，使互补管静态工作点稳定简化电路中省略使用一只二极管并联在BG2、BG3 基极间的 C4，可使动态工作时的 ΔUAB 减小，一般取为 47μ；C3 是防止 BG1 产生高频自激的交流负反馈电容，一般取为 47P～200PBG1 起电压放大作用，在该电路中被称为激励级，要求 Buceo＞E 、Iceo≤Ic1/400＝5μA、β＝100 ～200，所以应选用小功率低噪声三极管BG2 和 BG3 是互补电流放大极，分别与 BG4、BG5 构成复合管对输出电流进行放大，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic2/100＝30μA、β＝100～200在 BG4、BG5 使用普通大功率三级管而不是内部已经做成复合式大功率三级管的情况下，BG2 与 BG3 需要提供给后级大功率三级管超过 100mA 的峰值驱动电流，因此应使用中功率三级管。
BG4 和 BG5 是负责放大输出电流的大功率管，静态工作电流可取在 10mA～30mA，要求Buceo＞E、Iceo≤Ic4/100＝0.1mA、β＝50～100BG4 和 BG5 的最大极限电流 Imax 应该比输出电流最大幅值大 1 倍，方能保证输出电流最大幅值时 β＞10R6 和 R7 分别是 BG4 和 BG5 静态工作点调整分流电阻，动态工作时的分流作用可以忽略不计在 Ube4 和 Ube5 都等于0.6V 标准参数时，由互补电流放大级的静态工作电流取在 3mA～4mA，可计算出 R6 和 R7 应取为 220Ω实际上，大功率三级管 Ube 可能相差较大，BG4 和 BG5 的 Ube 需通过实测进行配对使用，借助自举电路工作的半边复合管的总电流放大率应应比不借助自举电路工作的另半边复合管要小R8 和 R9 分别是防止 BG4 和 BG 过流的限流电阻，一般取在 0.2Ω～0.5Ω 之间将用 200mm 长、直径为 φ0.08 的漆包线两端分别焊接在 1k 以上电阻两端，把对折起来的漆包线绕在电阻上即可相当于熔断保险管的作用，属于最简单的非智能式限流烧断保护方式C5 和 C6 是信号输出电容，用一只小容量电容与大容量电容并联起来使用，可消除大容量电容内部具有的较大电感对高频率信号的阻碍。
注意它实际上是起到中点浮动电源作用，所以电容量不是按照对通拼带下端交流信号的阻抗应为多大来计算，而是按照输出功率需要消耗多少能量进行计算在中点浮动电源电压随着输出电流进行波动而导致输出信号截波时，就会产生严重削波失真根据电容储存的能量与电压平方成正比关系，中点浮动电源的输出电容，容量应是总电源上储能电容量的 4 倍C9 和 R10 是交流负反馈网路，与 R2、R1 共同构成电压并联负反愧R2 与 R1 构成的直流负反愧可使总的电压放大倍率约等于 R2 除以 1.2k（等于 R1 与 BG1 的发射结动态电阻并联） ，按照图①设计参数约为 100 倍，加入 C9 和 R10 的交流负反馈网路后，总的电压放大倍率约等于 R2 与 R10 的并联电阻除以 1.2k，约为 18 倍实践证明，采用这种方式工作的电压并联负反愧表现效果很不良好2二、对功率放大器基本电路的改进在图①所示的互补对称式 OTL 功率放大器基本电路中，信号输入激励级的内阻只有 1k，需要做阻抗变换才能与大部份中、高阻信号源匹配将信号输入激励级直接改成复合管是最简单的方式，复合管的接法有多种具体电路，最佳方案是采用图②所示的接法。
新增加的前置级实际上相当于简单的电压控制电流型运算放大器，BG0 的基极与发射极相当于运算放大器的正输入端和负输入端，正输入端的动态电阻已经提高到 10K 以上同时，从功率放大器输出端接到负输入端发射极负反馈电阻 R10 和取样电阻 R11 之比决定着总的电压放大倍率电路调试要点也是先将 R5 调节成短路 0 电阻状况使 BG2～BG5 处于截止状态，用两只 1K/2W 电阻分别从总电源两端接到输出端获得中点电压用一只 200K 电位器代替 R1 或 R2 接在电路板上，用导线将 C1 输入电容信号输入端与地短路接通电源，测量 BG1 的集电极到发射极的电压降 Uce，调节 200K 电位器使 Uce 等于 E/2-0.6；在总电源电压为 32V 时，BG1 的静态 Uce 应等于 15.4V±0.1V然后测量 200K 电位器实际所处的电阻值，换成同阻值固定电阻替换电位器，再测量 BG1 静态 Uce 应该在 15.4V±0.2V 之内确定好 BG1 的静态 Uce 后，再从小到大调节 R5 使 BG4 和 BG5 的静态工作电流为 15mA为保险起见，可将 R8 与 R9 换接成 100Ω/2W 电阻，先测量 R8 与 R9 上的静态电压降应为 1.5V。
断开电源，测量 R5 可调电阻实际所处的电阻值，将 R5 换成相同阻值的固定电阻，拆掉先前从输出端分别连接到电源两端的1k/2W 分压电阻再接通电源，测量 R8 与 R9 上的静态电压降应保持在 1.2V～1.8V 之间测量输出中点电平也应为316V±0.5V 之间把 C1 输入电容信号输入端与地断开悬空，测量 R8 与 R9 的电压降，用起子碰到 C1 输入端时 R8 与 R9上的电压降明显变大然后把 R8 与 R9 换成 0.3Ω 电阻，接上喇叭试听接通电源时因 C0 充电，输出端中点电压需要从零缓慢上升，因而只产生轻微冲击声2 秒钟后，用手碰 C1 输入端时喇叭将发出“呜”的交流声将 C1 输入端与地（电源负端）短路，喇叭应不发出声音，实际会发出轻微背景白噪声或很小声的交流哼声图②所示的互补对称式 OTL 功率放大器改进电路，有一个明显的缺点是信号输入端直流电平比输出端中点电压要低 2V～3V，在大众还没有运放 IC 使用和三极管元件价格高的 20 世纪 80 年代初，它已经是很良好的可使用单电源的功率放大器实用电路20 世纪 80 年代中期，运放 IC 开始推出，人们开始采用运放 IC 来担任前置极和激励极。
典型电路如图③所示，因运放 IC 不需调整静态工作点，只要调节 R5 使 BG2～BG5 的静态工作电流 10mA～20mA 即可注意，虽然运放 IC 不需调整静态工作点，但在BG2～BG5 处于截止状态时，由 R8、R9 和 BG3、BG5 发射结正向导通将运放 IC 负输入端置为高电平，运放 IC 输出低电平，于是通过 BG3 发射结把运放 IC 负输入端置为低电平，运放 IC 输出端翻转成高电平，结果处于输出不定的低频率振荡状态，不能提供稳定的参考中点电平在这种状况下调整 BG2～BG5 的静态工作电流，运放 IC 输出端为高电平时调节R5 无效；而运放 IC 输出端为 0 电平时 BG5 不能导通，调节 R5 只能使 BG2、BG3 、BG4 进入工作区，BG2 实际只起到二极管的作用，经 BG4 和 BG2 的电流直全部灌入运放 IC 输出端，结果使 BG2 和运放 IC 因过流而损坏！（我曾经把当时手头所拥有的几只国产运放 IC 和十几只中功率三级管全部损坏，也未能将静态工作点调整出来 ）必须先用导线将运放 IC的负输入端与输出端连通，暂不接上负反馈电阻 R6，让运放 IC 以跟随器方式输出稳定的参考中点电平，在此状态下调节R5 使 BG2～BG5 的静态工作电流为 15mA，将 R5 换成相同阻值的固定电阻后确认 BG2～BG5 的静态工作电流在10mA～20mA 之间，再将运放 IC 的负输入端与输出端端开，把反馈电阻 R6 接入电路中。
使用运放 IC 担任前置极和激励极后，最好将 BG2～BG5 的静态工作电流偏置方式改成由三极管与分压电阻构成的稳压器，这样可以在电源电压发生较大变化下保持几乎相同的静态工作电流图④即是经过改进后的电路，BG1 发射结门坎电压与BG2、BG3、BG4 的门坎电压一同随温度变化，本身可起到温度补偿作用为了减少运放 IC 输出端的静态工作电流，在运放 IC 输出端赠加了到地端的分流电阻 R10有了该分流电阻后，调整 BG2～BG5 的静态工作电流时可以先不接入运放IC，直接由其中的 R7、R8 和 R10 分压出近似的中点参考电平先从 0 到大调节 R5 使 BG2～BG5 的静态工作电流在10mA～20mA 之间，再接入运放 IC，电路即能正常工作另外，在运放 IC 输出端串联一只 1k 限流电阻 R15，可保证运放 IC 输出端处于 0 电平时 BG5 也不会进入截止状态4使用运放 IC 担任前置极和激励极，最大的优点是输出端直流电平与信号输入端直流电平严格一致，相差不大于±0.05V这样就可以制作出由两个 OTL 功率放大器构成的反向输出的 BTL 功率放大器，而在输出端直流电平与信号输入端直流电平相差悬殊情况下，两个 OTL 功率放大器的正、反相输出端直流电平往往会相差超过 0.5V，明显影响喇叭的工作平衡位置。
BTL 功率放大器的正、反相输出端直流电平直流电平相差必须小于 0.1V，喇叭的工作平衡位置才不会发生明显偏离自由平衡位置喇叭的工作平衡位置明显偏离自由平衡位置时，正反方向的机械振动幅度不对称，发出的声波将产生畸变不自然另外，输出端直流电平与信号输入端直流电平严格一致，才使得使用正、负双电源供电的 OCL 功率放大器成为现实否则，因输出端直流电平与电源中点电平相差较大，将导致喇叭不能良好的正常工作由于大部分运放 IC 的工作电压都不高，性能良好的高电压运放 IC 品种少、价格高，人们也可以采用与运放 IC 前置级相同的差动放大电路来达到同样目的图⑤即是采用差动放大方式做前置极的典型电路，它比图①所示的互补对称式 OTL功率放大器基本电路多用 2 只要求特性一致的三极管，比图 ②所示的改进型互补对称式 OTL 功率放大器实用电路多用 1只三极管说倒底，并不是人们不知道怎么设计功率放大器，而是受到器件选择上的限制，在不同历史时期只能使用相应的设计电路在 20 世纪 80 年代后期，人们才开始比较容易找到特性一致的三极管进行配对使用因差动放大极的静态电流可由电路设计参数准确给定，不用调节差动。