【doc】防止OTL与OCL功放电路的失真和烧管

【doc】防止OTL与OCL功放电路的失真和烧管 防止OTL与OCL功放电路的失真和烧管 防止OTL与OCL功放电路的失真和烧管 邵阳工专黄精诚 (提要]奉文叙连交越失真与管耗的矛盾,指出温度升高是烧管的主岳原目并提出 秤决失真与烧管崎 ,最后对实用屯路进行分析. 在电子电路中,功放纽所接的负载一般都是低阻 抗的.使用OTL或OCLX~b对称推挽功放电路麒取 代变压器耦台推挽功放电路,克服了变压器因铜损和 铁损造成的功率损耗以及其漏感和分布电容使得在频 睾的高端和低端产生附加相移弓【超寄生振荡;克服了 变压器体视大且笨重,频带窄,不便于集成等映点而 迅速发展起来.但是,这种电路工作在甲乙类I当温 度变化时,工作点能否稳定就成为防止失真和烧管的 主要问题如果这个问题解决得不好,不仅输出信号 波形产生严重失真,而且更可怕的是烧坏功放管,故 必须从理论和实践上解决这一问题. 一 ,交越失真与管耗的矛盾 工作在甲类状态的功放管,在静态时,管耗最 大,为 Pr=2P…(1) 在输出最大时,管耗最小,为 Pr={V.fP…(2) 工作在乙类状态的功放管T.和T工,在信号的一个 周期内,轮流导电l80',每个酱子的管耗,在设 v.=v.s讯,且v.一E耐,为 Pr1,=赢1:(~--Vo)d(et) : 娶.掣(3)R,4' 工作在甲乙粪状态均功欣管,管耗为 PT1=PT2~PE--Po(4) 以上各式申的Pr,P丁t,Pr2为臂耗,Po,P… 为输出功率,PE为直流电源功率. 比较三神功放状态的管耗,三者之间有甲类管耗 >甲乙类管耗>乙类管耗. 如图1(a)所示,工作在乙娄的互补对称推挠OTL 电路,功放管T1和T|的be结各自有一个死区,存在一 十r丁坎屯压,npn管为o.6y左右,pnp营为o.2y左 右,当在A,B问加八正弦电压V仰时,如图l(b)所 示,对应于T】和T】输八特性的拐点处,功蔽管不导囤2甲乙类OTL电路 '皇8' 通,输出电流I.=0,产生交越失真,压缩了输出信 号,使信号中含有许多奇次谐波. 为了}肖除交越失真,向乙盏推挽功放管的be结提 供一个偏压,把静态工作点设置在死区以外.就成为 甲乙类推挽功放. 着设T.两管参数对称,所加偏压各为?}, 如图2所示,就可以消赊交越失真.改善信号线畦. 由于在静态时,u.=o,但u?o,就产生静态 工作点电流1I,Ic1,IB2,Ic2.ICl裙I2凌经Ec+Tl +T】+地,与负载无关.同时在各管的c—e间有直流 压降V=Ec,这就是功放管的静态功耗.这种功 Z 耗不能转换为有用信号能量,只能在管内散发,使功 放管温度升高,Ic-,Ic变大,最终导致功放管被烧 毁. 要捎除交越失真,希望静志电流I,Ic大一些. 但是,要藏小管耗,又希望静态电流I和Ic尽可能 小.如此使得功放管工作在辅八特性曲绞的拐点处以 下,就不利捎赊失真.这就是奎越失真与管耗的矛 盾. 要同时解奥这两个问题,就要能准确地控制1以 控制Ic,逸就要求被设置的直流偏置电压E濉确而 不变化.由p豇结的特性知道 目V? jc"1(e—一1)(5) 式中,,——be结的反向饱和电流, v"——be结的正向压降, q——电芋电荷, —— 渡尔兹曼常数, —— D结的绝对温度. 口一 由于在输八特性的拐点附近,有ei》L所以(5) 式近似为 f== qyk 『.e(5) 从}『11司得其跨导 s一一斋L:1}『? 设在室温r=西8.有告—,代八(6)式,得 g(7) 由(6)式和(7)式得 L=g?',b=i百.?" 所以=(8) 若.每增加26L就蔓增加一涪.若T和 均为硅管,be结均偏置在0.7y左右,当茸?=1.4y, 团温度升高使偏离值为26ra那么,有 等=?2l对'电流变化为 = 2一丽-2 一 2 则-一{仉50j' 由此可见,工作在甲乙类的互补对称推挽orL 功放电隆'当偏压有擞小偏离时,将引起很大的f变 化,导致功放管的管耗急剧增加而过热损坏.由于晶 体管的离散性,分|立元件组成的功放比集成功旗要严 重一些. 二,温度升高是烧管的主要原因 温度对晶体管参数的影响,现在对b瞄的反向 饱和漏电流Im,对b啭的正向压降V?和对目的影 响.在功放电路中,动放管的挠管主要是由J咖和y打 引起的. bc拮的反向饱和谛电墒lJm与温匪T的蓑系由费 未一狄拉吏公式培出, 15.:^r3e— 式中,A,N是由半导体材料决定的常数, 的温度. (a) T为bc结 功放管一般工作在结温e,l00?.对于硅 管,大约结毒8?,I.就增加一倍对于锗管, 大约结温每升高10Im就增加一倍.如此当结温 由0?升高到loo'c耐,由费来?狄拉克公式可球得, 硅管的I将增加lo倍,锗管的I伽将增力?104倍. 工作在甲乙类的 OTL与oCL互补对 一 弥推挽功放电路,疆 各种得到的偏置 电压Em在功放管 T和L的两基极之 间,总存在一个等效 的直流内阻R.,如图 3所示.此时两管的 匣向饱和谝电流Im 目珏有内阻RJ偏压 和岫,将同时选加在等效内阻R.上产生一个附加压 降 I6=(I5n+j2)R.(10) 考虑到偏压E附加压降E,6随温度升高的变 化,将使Tl,Tj管工作点发生漂移. bc结的正向压降随温度的变化呈现负的温度系 数,硅管大约为一2.5mVl?,锗管略小一点.这样, 在认为偏压E}不变时,若温窿升高10?,将使V"降 低拍nlv.由专=知,功放管电流LJ将 增加一倍.若不加补偿限制,当温度由o?升高到 1oo?时,I一It增加103倍. 如此.功放管因I和V?曼温度影响将产生恶性 循环.一方面,温窿升高使I山升高,困内阻Ro便偏 压E册高而导致I升高.另一方面,温度升高使I讲 高,I5.下降而导致I.升高.由于这两个因素都将便I. 升高,从而导致管耗剧增使功放管被烧.这种恶性循 环在管内形成热击穿,将管内烧坏而管外毫无异常. 其循环过程是 当然,当I升高时跨导g就硪小,基区俸电阻 和发射区体电阻Y将起到一定的限流作用. 为减小l捆温度升高出现恶循环烧坏功放管的问 题,通常采取各种措施尽量硪小偏置电源E6l的直流 内阻R?.另一方面,对b瞄的电压yh进行补偿使之 恒定,也是减小L的一个重要措施.其次,硅管的反 向饱和漏电流为1O,l0nA敢量级,锗营的反向饱 和漏电流为1,l0A数量级,所以在OTL和ocL 功放电路中,推挽功放管应选硅管.最后,对大功率 动放管加散热片进行散热. 三,解决失真与烧管的措施 1.硪小直滤等效内阻以解决失真与烧管的矛盾 既然直流偏置电压B的直流等效内阻是吾【起Im 随温度升高导致烧管的主要原因,所以对于消豫失真 而设置的偏置电路,应该选择直流等效内阻尽可能小 的偏置电路 如图4所示的三种偏置电路,以图4(c)的直流等 效内阻为最小.设的集电极电流I奄lomA时,R. 由g=丽求得 Ro2~2~mV一2×!一:5. 20 l3lU^ 由于D.,Dj与T-,Tj功放管选用周种材料的瞥 子,所以bc结的伏安特性与=极管的pn结伏安特性一 致,结电压的温度蒜数基本相同.当环境温度升高 对,T,Tj的V"下降,同时DI,Dj的正向压降也按 相同规律下降,从而提高了结温的稳定性.这样,既 捎除了失真,又防止管耗过大而功放管被烧. 酶. ' 也 == (c' 图4三种偏置电路的比较 图4(b)电路利用热敏电阻具有负的温度系致以补 偿功放管Tl'Tj的V变化,但是这种儡置电路的等 效内阻R.很大.若E?=1.4V,同样设1日=1omA, 它的直流等效内阻R.为t .= 告=等岫 它也就等于R与w的并联值,即R.=R.w. 这样,由于Rr离散性很大,且信号在R上要消耗功 率,从而不能有效地解决失真与托管的矛盾. ?工5' 图4(a)在功放管发射极接R实现电压串联负 反绩以稳定偏置的方法t但是使功率受到了损失只 健用于功率和电源电压有大的富裕量且对效率要求不 商的情况. 2.利用负反馈原理解决失真与烧管的矛盾 (a / 线性区h-觅/殖j ./..... 0由.'一' 'b) / E卜g ..一一 0/DV^l 图5负反馈压缩医展宽绕性区 如图5(a)所示,设K.是撤劢级的电压增益,也可 看作开环增益.K.是乙类互补对称推挽ocL功放电 路做为澈勖级负载对的增益.当为深度负反馈时, IFK.l》1一列深度负反馈闭环增益为 带丽KIjo=~F1'(11) 绩深度为开环与闭环增益之比值,由上式褥 D一IF:FK(12, 如图5(b)所示,当TTi工作在线性区对. VA=KVl(13) 警TI,T工作在死区时.此耐由闭环变成开环 ? .2? VA----v1(i4) 在接八深度负反馈后,就将线性区拓宽,将死区压缩 到原死区电压的吉倍此对死区电压变为士占,如图 5(c)所示. 当正弦信号在零点附近时,输入信号u.以开环放 大倍数K激大后加在图5(a)的A点,从A点迅速越过 死区进入线性区.这样,既可有效地捎除交越失真, 提高输出功率和效率t又可以有效地防止因温度升高 使管耗过大而烧毁. 四,实用电路分析 宴?图6所示实用于分立元件和集成化的,既能清 除交越失真又能保护:放管TI,T|因温升过高不至被 烧坏的高性能OCL电路., 固B高性能的0cL电路 困中,T.为电压并联负反馈输八级,Ts为信号输 入圾,L和组成双八,双出差动放大输入级与 T组成二级放大.Ts与Tt互为恒流踩负载,它们各自 巢电极的输出信号相位相同且并联造加,推动T, 组成的互补对称推挽功放级.D1,D.是为TT设 置的有源偏置电路,应选饱和压降低的管子.是差 动级的长尾管组成恒流源电路,可以提高共模抑铷 比D,D.分别作为和Te结的温度补偿元件. 同时.T3带分别组成恒流源电路.有利于扩大T, T功放级正,负向动态范围.这个电路消除失真和防 止烧管的原理如前述.电路主要参数为 反绩系数F-鲁_RF(15) 开环增益._=兰—雨(16)5+'十靠+精 式中,A为T{的基极分流比,Y.为T3,T|两管 输出阻抗的并联值,a,a分剐为L,T的共基电流 放大倍数,B{,B;为T,T的共身聿电流放大倍数,其中 A=I,a|=1,s=I.R6《(1+B)rb5, FR《(1+)6? 因此,(16)式可进一步化简为 !?.(17) 4T一 式中,为T"T各自的射极体电阻,Y为 ,T.的共射输出阻抗. 关于由达林顿管组成的复台管互补对称推挽OTL 称0TL功放电路,准互补对称推挽功放电路消除失 真和防止烧管的分析与此类似,不再赘述. , 可编程序控制器在内胎硫 化机上的应用 重庆轮胎总厂许祝 我厂的内胎硫化车间有各种规格的内眙硫化机20 台,它们昼夜24zJ~时运行,是轮胎生产的关键设备之 一 .该车间的温度高,湿匪大,粉尘严重,环境相当 恶劣长期以来.传统的继电器控制电路故障率很 高,电动机也经常被烧毁,严重地影响了生产. 内胎生产工艺要求严格地控制各工步的时间,过 去是采用机械式程序控制器来完成的.有的生产工人 为了赶进匪,常常自行更改程控器的设定时间,致使 内胎质量不稳定,度次品率很高. 从85年开始,蕺们用可编程序控制器(Pc)对内 胎硫化机进行了改造,开始采用的是美国歌德公司的 M84垄PC,后来采用日本三菱公司的Fl系列PC. 每台硫化机要占用PC的6点输八点,5点输出点, 用一台Fr4~R型主机和一台Fl-40ER扩晨单元控制 6台硫化机.我们使用的是顺序控制的编程方注,这 种编程方法简单易学,可以用来编制复杂的控制系统 的梯形图.下图是一台硫化机的自动控制功能表图 (状态转换图). 上电}M71报警解除 . — 叫——..—i告模按钮 啐一 叵匝 安全开*1l4匪丑亘 "+l坐 T碱I!里 T?5=; 汽 晨科宣时 生汽 亳亿时 蔽汽 睦汽定叶 产量计彗 开谟 电机保护定时 开模到伍或怠捧 Y 一 十工作周期由等待.合摸,反料等工步组成. 在反科和硫化工步,将燕汽通八摸具,对内胎进行硫 化.在反料阶驶,允许操作工人打开模具,对工件作 必要的处理,然后再合模.控制赢统还有电机保护, 产量计数/L身安全保护等功能. 我厂的20台硫化机全部采用了PC控制.经过几 年的运行,证明甩PC改造旧设备是行之有效的,是 用徽电子技术和计算机技术改造传统产簟的重要组成 韶份.PC的可靠性很高,至今PC尚未出现过故障. 使用PC后,整个车间的产置和质量都有显着的提高, PC的产量,卉数功能对加强车闻的管理也有很大的意 义.据车间估算,用PC改造的一台硫化机新增的年 综合经济效益达1万元左右,改造后的2o台硫化机薪 增的年综合效益可达20万元左右.而改造一台硫化机 仅需2千元,投八产出比是相当高的,不仅可以'立竿 见影,投资还可以在两三十月内收回. ?@问:如下图接线 当?表的K断开.?表的K墒_开时,两表是否计 量(甘肃省甘答县西坪供电组王明杰) 答;当?袁的K断开时t?表不会转动,没有计量. 原因是电流(负载)凰路不通,电匿表皂流线圈没有 电流通过,电匪表不会转动. 当0裘的K,断开时,@表会转动,有计量原因 是K断开后电度表龟流线圈的电流经灯(负载)和 表?的零线而成回路,电窿表的电压线圈也有电流同 路,因此,电窿表会转动并计量.(牵蓝) ?2r