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转:有关功放交失真文章供大家相互学习

众所周知,推挽放大器,是一种需要由两个(或两组)晶体管来共同完成放大作用的放大器,电路中的两个晶体管,分别负责放大信号的正半周和负半周,再由输出变压器把两个半周的输出信号合成为一个完整的输出信号。

图1为推挽放大器的原理电路,输入信号由输入变压器分相后,分别馈送到两个晶体管的基极,馈送给两个晶体管基极的都是一个完整的信号,只是它们的相位是相反的,相差了180度;
我们知道,结型为NPN的晶体管,只有当输入信号电压为正极性时,晶体管才会导通,输入信号电压为负极性时,晶体管处于截止状态,所以在推挽电路两个晶体管的集电极,我们只能分别得到半个周期的输出信号;两个晶体管把各自放大后的信号电压加载到输出变压器,变压器又把这两个半周的信号电压相继馈送给同一个负载,于是负载上实际得到的,是一个完整的输出信号电压。

图1:原理电路及输出信号的合成




假如我们完全依照原理电路搭建一个推挽放大器,那么我们所得到的放大信号将是这样的:
图2:输出信号波形





图3:输入信号波形与输出信号波形作叠加对比




显然,这不是我们期待得到的放大信号,这个输出信号没有一个完整的周期,产生了明显的失真;
从图3中输出信号的周期范围可以看到,当上面那个晶体管已经脱离放大区域,停止工作,而下面那个晶体管却尚未进入工作状态;同样,当下面那个晶体管已经脱离放大区域,停止工作,上面那个晶体管也是未有进入工作状态;
这个失真发生在两个晶体管各自负责的半个周期之交接区域中,放大器理论把这种在信号上下半周交接区域所产生的失真称为“交越失真”。


交越失真的成因
要知道这个交越失真是怎样产生的,先要了解令晶体管工作所需的电压条件;
大多数涉及晶体管电路原理的书籍中都会提到,在晶体管的PN结上,要加上一定的正向电压才能使其进入导通状态,半导体物理学把这个令晶体管进入正向导通状态的电压,称为晶体管的“特征电压”;不同材质的晶体管其导通电压并不相同,电路理论中,锗材料晶体管的“特征电压”被定为0.2V,硅材料晶体管的“特征电压”被定为0.7V。

实际应用中需要留意的是:即使材质相同的晶体管,其导通电压也会略有不同,并且,这个“特征电压”也不是一个固定的值,而是在这个值附近的一个范围。


我们先来看看原理电路中,两个晶体管到底工作在半周期中的哪个范围

图4:上晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加对比



图5:下晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加对比



图4、图5中两个晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加对比,都反映了同样的问题:在信号的两个半周,上下晶体管都没有完整地工作在其负责放大的半周期范围内,只是在信号电压超过其“特征电压”时才开始工作,当信号电压低于其“特征电压”,但尚未回到0的时候,就已经脱离了工作状态,工作周期的滞后开始和提前结束,致使两管在工作交替期间的信号被丢失,这就是导致推挽放大器产生“交越失真”的成因。

消除交越失真的方法
面对所出现的问题,首先是要找出问题的成因,才能据此探求解决问题的办法。
上面的测量中,我们找到了造成“交越失真”是因为晶体管的“特征电压”在作怪,那么我们就可以这样做:预先为晶体管基极设置一个导通电压,令其在尚未有输入信号的时候,已经提前进入工作区域,这样,晶体管就可以在信号到来时马上进入工作状态,两个晶体管的信号交接过程就会变得畅顺,交越失真就可以消除。
这个为晶体管基极预置的电压,在晶体管放大器理论中称为“偏置电压”;也因为晶体管是电流控制器件,预置这个电压的实际目的是为晶体管基极注入一个小电流,令晶体管进入工作区域,所以这个注入的小电流也被称为晶体管的“偏置电流”。

图6:设置有“偏置电压”的实际工作电路




再来测试一下,在加入一个合适的偏置电压后,晶体管的工作区域发生了什么改变;
图7为上晶体管的输出波形,从0V基线的位置可以看到,上晶体管已经工作在一个完整的半周期范围,它的截止区已经逾越了这个范围,落在下晶体管的工作区域。
图7:上晶体管工作区域



图8为下晶体管的输出波形,同样可以看到,此时下晶体管也已经工作在一个完整的半周期范围,它的截止区也逾越了这个范围,落在上晶体管的工作区域。
图8:下晶体管工作区域




综合测试
我们调整图6偏置电路中的R1,使基极电压从0开始逐步增加,再看看原有的交越失真发生了什么变化。
图9:偏置电压略为增加后,对比图3,晶体管在原来交越区域的不工作范围变窄,交越失真得到改善。



图10:当偏置电压增加到令晶体管已经完全进入工作状态,此时的交越失真也同时被消除。
(图10中有意把输入、输出两个信号略作移位,以方便对比两个波形)




通过以上的测试及调整过程,我们解决了晶体管推挽放大器的交越失真问题,两个晶体管已经可以分别工作在各自负责的半个周期范围,负载得到了一个完整周期的不失真信号;

放大器理论中,把担负放大作用的器件(晶体管或电子管),在无输入信号时处于不工作状态的这种放大器,称为“乙类(B类)放大器”;把放大器件预先进入工作状态,但其依然主要是承担信号半个周期放大任务的这种放大器,称为“甲乙类(AB类)放大器”。
在音频放大器中,为避免出现这种非线性失真,不使用乙类(B类)放大器,只使用甲乙类(AB类)放大器。


如果我们继续增加偏置电压,令晶体管产生更大的基极电流,则其截止区还会继续向对方晶体管的工作区域延伸,直到最后完全覆盖对方的整个工作区域,两个晶体管都会工作在完整的信号周期范围,此时,放大器的状态属性也随之发生了改变,它脱离了甲乙类(AB类)放大器,变成为纯甲类(A类)推挽放大器。
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  • WHC5532:精品文章!说得很好!

  • 王桂山:感谢分享,论坛有您更精彩!

  • ylc188:感谢分享,论坛有您更精彩!

zi xiu dian qi
坐在第一位看得清楚,谢谢分享,论坛有你更加精彩!
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  • 自修电器:谢谢你,大小问题都要从小做起。

ylc188   小师傅    一边学习,一边维修.
楼主辛苦了 谢谢分享 论坛有你更精彩
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