鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2020年02月10日
詳解OCL功放差分放大電路
本文主題是圖解經典電路之OCL差分功放,通過圖文這種分析的方式能夠有效減少面對復雜電路時的恐懼感。整個OCL電路可以等效為一個大功率的運放,如何消除大功率三極管的交越失真。又如何通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態偏置電流。想獲得更大的功率,那么可以通過并列功率管子的方式實現。
來詳細講解一些經典的電路,跟大家一起進步。另外,雖然我已經轉做軟件了,但是對硬件的愛絲毫不會減少,請大家放心。朋友們有什么經典電路想了解也可以私信我,如果感興趣的人比較多的話,我也會擠時間單獨出一期文章來講解。你們的支持是我前進的動力,一起加油。剛把得。(寫到最后,都要呼吸困難了,求贊,求安慰。))
好了,廢話不多說,第一期圖解電路圖系列,我們來講解一個非常經典的OCL差分功放電路。學模擬的朋友都知道,多數入門模擬的新人第一個小作品基本就是電源啊,功放啊這些比較簡單,又比較實用的電路。所以,這里第一個電路就選了這個經典的功放電路。看圖。
(圖一完整OCL差分放大電路)
看到這個電路圖,可能一些剛入門的朋友會有點蒙。不用怕,只要心里默念OCL大法好,就能看懂了。哈哈,開個玩笑啦。現在開始帶大家一起來分析這個電路。我的方式是從簡到難,從框架到細節這樣的順序來講解電路,先講框架,然后逐漸加添加電路細節,所以大家跟上思路。
(一)第一步,盡可能的抽象這個電路圖,會等效成什么樣子那?
(圖二OCL等效電路)
對,就是上面這個電路,整個OCL電路可以等效為一個大功率的運放,加上幾個電阻電容構成了一個同向放大器,就是這么簡單。為了便于理解,我把等效電路中電阻電容的編號也跟原圖中對應起來了,大家看出區別和聯系來了嗎?所以整個功放的增益怎么算?截止頻率怎么算?是不是很簡單?什么,你不懂運放?來來來,打開電腦,打開瀏覽器,調出收狗輸入法,輸入清華大學模擬電子技術基礎,先從頭看一遍。什么,你看不懂?好吧,出門右轉,那邊工地上還在招搬磚工,快去報名吧。晚了來不急了老哥!好了,如果上面的等效電路你能夠看明白,那么這個OCL電路你也就弄明白了,當然,除了一點具體的實現細節還需要跟你講解一下。來來來,我們一步步還原上面的完整電路。
(二)實際的運放功率不夠大怎么辦?你首先想到的是什么?沒錯,后級加上大功率三極管。看下圖。
(圖三使用圖騰柱提高輸出功率)
如上圖,在運放的后級加上一級圖騰柱來提高功放的輸出功率,什么,你問我為啥后面的兩個三極管Q1,Q2叫做圖騰柱?呵呵,鬼知道,可能是因為圖騰象征著力量吧,這兩個三極管給了你力量咯。眼尖的小伙伴開始抱怨了,親,你這個電路不科學啊,后面圖騰柱的兩個基極直接接在一起會有交越失真的幺。
沒錯,少年。確實會存在交越失真,我們要保證兩個三極管時刻處于導通狀態,怎么辦吶?當然是給兩個三極管都提供一個維持導通的偏執電壓嘍。看下圖。
(三)消除大功率三極管的交越失真
(圖四通過添加偏置電壓,消除功率三極管的交越失真)
這個時候又有人開始吐槽了,加偏置電壓我懂,但是為啥加了個三極管Q3來提供偏置那?哈哈,這就要說道這個傳說中的倍壓電路了。我們只看Q3,R4,R5,請告訴我Q3集射極之間電壓是多少?如果忽略三極管基極電流的話,是不是Vce=Vbe*(R4/R5+1)對不對?這樣我們如果把R4換成一個電位器是不是就可以調節Q3兩端的電壓了?這個可調電壓正好提供給Q1,Q2作為偏置電壓。當然,因為三極管IC-Vbe傳輸特性曲線非常陡,偏置電壓稍大一點,集電極電流就會爆漲,所以,為了能夠更方便的調節偏置電壓,我們會在Q1,Q2發射極之間串聯一個小的反饋電阻,如下圖。R8,R9作為發射極反饋電阻來維持Q1,Q2空載偏置電流在一個比較小的量級上,減小空載功耗,減小發熱。
(四)通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態偏置電流
(圖四通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態偏置電流)
小伙伴們這個時候高興了,看上去現在這個電路已經可以工作了,沒啥大毛病,然而讓我們算一筆賬,如果設計最大輸出功率為20W,喇叭阻抗8歐姆,那么功率三極管輸出最大電壓17.9V,最大電流將要達到2.236A,如果假定Q1,Q2的增益為50(在大電流的時候,三極管的增益會大大降低),那偏置電路要提供最大電流為44.7mA,然而看圖中,R6,R7加上倍壓電路流過的最大電流也就2.34mA,所以偏置電路根本無法提供這個大的電流,所以我們有必要在功率放大級之前再加一級驅動電路。給功率級提供足夠的驅動電流,如下圖。
(五)給功放級添加前級驅動電路
(圖五跟功率三極管增加前置驅動電路)
看到沒,紅框里面就是為驅動后級的大功率三極管增加的前置驅動電路,可以看出,增加Q1來驅動Q4,Q2驅動Q5,并且把后級的偏置電路移到前級驅動電路中去了,因為驅動電路采用的是設計跟隨器的結構,所以可以這樣做,Q4,Q5基極偏置電壓仍然可以通過倍壓電路控制,只不過這個時候的倍壓電路Q3集射極之間的電壓要包括驅動級Q1,Q2的偏置電壓,所以VceQ3=4*Vbe。并且在Q1Q2基極之間加上了一個電容,這是為了保證交流信號流過時,Q1,Q2基極看到的交流阻抗相等(說白了就是電容C3把Q1,Q2基極交流短路了,所以看到的的交流阻抗肯定一樣啊)
實際上,到此為止,這個電路已經可以實際工作了,當然還需要在各路電源上添加必要的濾波電容。但是那,由于受到運放價格,運放最大工作電壓,以及模擬發騷友不斷發騷精神的影響,很多成品電路并不會采用運放作為前級電壓放大的,所以接下來,我們看看一看如何用三極管實現電壓放大。說白了,要模擬運放,就需要提供一個非常大的開環電壓增益,然后通過反饋電阻穩定實際的放大倍數。
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