晶体管15W甲类功率放大器

一、 电路原理与特点

1.功放部分（见图1）

　　由VT1、VT2组成差动放大电路，每管静态电流约为0.5mA。R3为VT1的集电极负载电阻，VT1与推动级VT4之间为直接耦合。输出级由两只型号相同的NPN型大功率晶体管VT5、VT6组成，而没有采用互补对称推挽电路。输出管VT6对于负载（扬声器）来说是共发射极电路，而VT5则是射极输出电路，因此是不对称放大。但实验测试表明，整个放大电路在取消大环负反馈（将R5短路）时的开环失真却很小，而且主要是偶次谐波失真。这个功劳应该归功于推动级电路。推动电路是本机最具特色的电路，它的作用和效果与传统的RC自举电路相比，有过之而无不及。VT4为集－射分割式倒相电路，分别由其集电极和发射极输出一对大小相等、方向相反的信号。VT4对于输出管VT6来说为射极输出电路，电压放大倍数小于1。从VT4集电极输出的信号通过交流电阻很小的发光二极管VD1，加到输出推动管VT3的基极。VD1的正向导通压降约为1.9V左右，可看作一个噪声很小的稳压二极管，它使得VT3的发射极电阻R7两端的直流电压UEC基本不变，约比VD1的稳压值小0.7V。对交流信号而言，R7是与VT3的发射结电阻相并联的。VT3和VT5组成同极性达林顿式复合管。因此推挽放大的上臂是由一级共射放大电路（VT4）和二级射极输出电路（VT3、VT5）构成的， 而推挽电路的下臂是则由一级射极输出电路（VT4）和一级共射放大电路 （VT6）构成，可见是不对称的推挽放大电路。故在选择放大管时，这几只管子的电流放大系数也不必配对。 这一点在工厂大批量生产时尤为重要，可以大大降低成本。该样机各管β值如下：β1=β2=110， β3=50，β4=90，β5=70，β6=90。也就是说，要把β值较大的管子优先安排为VT4和VT6。该功放电路的开环电压放大倍数约为504，闭环电压放大倍数由R4和R5决定， 约为15.7。甲类推挽功率放大电路的理论最高效率为50％，该样机实测最大不失真输出电压的有效值为11V，折合成输出功率约为15W（8Ω），静态功耗约为40W，因此最高效率为37.5％。当无信号输入时，效率为零，40W功率几乎全部消耗于两只输出管上，因此要加上足够面积的散热器，并且保证通风情况良好。
　　总之，该功放有以下特点：(1)功率输出管的电流放大系数不需配对；(2)用笔者设计的推动电路取代了传统的自举电路，频率响应好；(3)输出电压幅度大；(4)电路简单、调整容易、便于制作。
2.稳压电源部分（见图2）

　　由于功放为OCL电路，输出端与扬声器直接耦合，故一般应加装延时保护电路，但由于该机采用了具有短路保护及软启动功能的±17V双路稳压电源，故省略了这部分电路。正负稳压电路均采用集电极输出式调整电路，效率高且具有短路保护功能，但不能够自启动。VT7、VT9组成复合电源调整管。VT11为取样放大管。由于VT11的基极接地，故发射极电位必须为－0.7V才能使它工作于放大状态。所以R19的下端不能接地，而是接至－17V。所以，如果万一负输出电源对地短路，将会使 VT11的发射极与基极间的电压为零，从而使VT11截止，这样调整管VT9、VT7因得不到基极电流也截止，结果使得正输出电源电压为零。由于正、负稳压电路是对称的，故当正电源对地短路时，也会使负电源电压为零。功放电路的输出端省却了扬声器保护电路的原因也在于此，万一有一只输出管发生击穿短路，另一只输出管也会由于上述保护功能而得不到电源电压，这样扬声器中就不会有大的直流电流通过，从而有效地保护了扬声器。
　　该电源的输出电压基本上由VD4、VD5两只稳压管的稳压值决定，约比它们的稳压值低0.7V左右（即减去VT11、VT12的发射结直流压降），故对两只稳压管要仔细挑选配对。
　　输入端滤波电容器每边采用两只4700μF的电解电容器并联使用，而输出端的滤波电容器每边仅采用一只10μF的无极性电容器。通过样机实测，当输出电流为2.4A（满载）时的纹波电压很小：正电源侧为0.8mV，负电源侧为1.25mV。此外，波形并非100Hz的锯齿状，而是频谱较宽的噪声状。
　　该电源的稳压性能之所以较好，一是由于集电极输出式稳压电路的调整管具有一定的电压放大倍数，二是由于取样电路的取样比等于1，输出端的电压变化直接通过VD4、VD5耦合到了取样放大管VT11、VT12的发射极。
　　为了消除一般OCL电路开机时通过扬声器的冲击电流造成的“噗”声，该电源还设计了软启动电路。其工作原理如下：开机后，滤波电容器C3上的正电压通过R10向C5充电，C5上的电压按指数规律上升。该电压通过R12及VD2加到正电源输出端，同时通过R16为VT12的发射极提供电流，使负电源也同时启动。电源电压达到正常值后，正输出电压通过R14给单向可控硅VD3提供触发电压而使它导通。VD3导通后，其阳极电压降低到0.7V以下，故二极管VD2截止。C5上的电压通过R12和VD3放电。延迟时间由R10、C5时间 常数决定，本例中此常数为0.33秒，开机时音箱中一点儿声响都没有。
　　该电源的效率很高，调整管集电极和发射极之间电压降至1V时，输出电压仍可保持稳定。若市电交流电压为220V时，稳压电路的输入电压设定为±22V（带额定负载），则可以使稳压电源在市电变化±10％时，仍工作在最佳状态。若以调整管压降为7V计算，在满负荷2.4A时的管耗约17W，因此只需较小的散热器，此时效率在70％以上。当调整管压降为3V时，效率为85％。
　　总之，该电源电路特点是：具有软启动功能；具有正负电源分别短路或同时短路的保护功能，可省去扬声器保护电路；高效率，约70～85％以上；低纹波系数。