OTL(無(wú)輸出變壓器)電路,工作原理及特點(diǎn)詳解

OTL(無(wú)輸出變壓器)電路,工作原理及特點(diǎn)詳解

OTL電路，即無(wú)輸出變壓器(Output Trans-former Less)是低頻功率放大電路的重點(diǎn)，無(wú)論是在電路結(jié)構(gòu)上還是在理論計(jì)算上，低頻特性較好的0CL和電源利用率較高的BTL電路都與其有很多相似之處。而這3種電路，目前廣泛應(yīng)用于多種視頻、音頻等設(shè)備中。因此深刻理解和細(xì)致把握0TL電路的工作原理就有著極其深刻的理論和實(shí)際意義。

　　l 基本電路

　　圖1所示為一基本0TL電路，該電路可以看成是由T1和T2兩個(gè)工作于乙類工作狀態(tài)的射極跟隨器的組合。由于分別選用了NPN型和PNP型三極 管，所以在輸入正弦波信號(hào)時(shí)，兩管可以交替工作在正、負(fù)半周，故稱為0TL互補(bǔ)功率放大電路。由于兩管均處于乙類工作狀態(tài)，所以只有當(dāng)輸入信號(hào)大于三極管 門(mén)限電壓時(shí)，才出現(xiàn)基極電流，功放才有信號(hào)輸出。因此在輸入信號(hào)正負(fù)半周的交替過(guò)程中，當(dāng)輸入信號(hào)低于門(mén)限電壓時(shí)，兩個(gè)管子都處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出信號(hào)便出 現(xiàn)了失真，這就是交越失真。為消除交越失真，需要給T1、T2設(shè)置合適的偏置電路，使兩個(gè)管子均處于甲乙類狀態(tài)。為了確保兩管靜態(tài)電流的穩(wěn)定，故采用具有 穩(wěn)定正向電壓的二極管組成兩管基極間的偏置電路。

　　

2 OTL電路的特殊性

　　2.1 輸出耦合電容C1在該電路中兼作負(fù)電源

　　靜態(tài)時(shí)直流電源給耦合電容充電，由于電路的對(duì)稱性，

在輸出信號(hào)負(fù)半周，下管導(dǎo)通，上管截止，電源與負(fù)載斷開(kāi)，電容放電，代替電源提供能量，在負(fù)載上得到負(fù)半周信號(hào);在輸出信號(hào)正半周時(shí)。上管導(dǎo)通，下管截止，給電容充電，補(bǔ)充負(fù)半周損耗的能量，此時(shí)負(fù)載上得到正半周信號(hào)。

　　2.2 推動(dòng)管的偏置電阻兼作負(fù)反饋

　　在0TL電路中，中點(diǎn)電位的穩(wěn)定十分重要。為了使中點(diǎn)電位能自動(dòng)穩(wěn)定，沒(méi)有把推動(dòng)管T3的偏置電阻Rb接在電源上，而是接在了中點(diǎn)電位K上。這樣，此電阻既是推動(dòng)管的偏置電阻，又是負(fù)反饋電阻，較好地穩(wěn)定了中點(diǎn)電位。如：

　　

　　2.3 引入自舉升壓電容

　　當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，正半周峰值時(shí)，將使推動(dòng)管飽和，中點(diǎn)電位趨近于零，輸出信號(hào)負(fù)半周的峰峰值;負(fù)半周峰值時(shí)，中點(diǎn)電位接近于電源電壓，也即輸出信號(hào)正半周的峰峰值。但根據(jù)射極跟隨器的工作原理可知，Uk=UA-URC-0.7V< p>

　　

　　所以要增加自舉電容和隔離電阻。自舉電容C的容量應(yīng)比較大，使其充放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)周期，保證在整個(gè)工作過(guò)程中其上的電壓始終保持為

， 小阻值的隔離電阻將電源電壓與A點(diǎn)電位隔離開(kāi)。當(dāng)輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí)，隨著T1的導(dǎo)通，中點(diǎn)電位逐步向VCC上升。由于自舉電容兩端電壓不能突變，A點(diǎn)電位 便被抬高到比VCC還高的電位，使T1管的基極獲得高電壓，從而使A點(diǎn)的最高值接近VCC，提高了輸出信號(hào)正半周的幅度，減小了功率失真。

　　2.4 功率和效率問(wèn)題

　　在0TL電路中經(jīng)常要遇到這么幾個(gè)功率：最大不失真輸出功率、電源提供的功率、管子最大消耗功率和電路效率，這幾個(gè)概念之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，需要特別注意。

　　2.4.1 最大不失真輸出功率

　　

　　2.4.2 電源供給功率

　　電源向管子提供的電流如圖3所示，其平均值為

即電源功率隨輸入信號(hào)的增大而增大。在極限運(yùn)用即輸出功率最大時(shí)，

　　

　　

　　2.4.3 效率

　　

　　2.4.4 管耗

　　由能量守恒定律可知，管耗

所以：

　　(1)當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，管耗也為零;

　　(2)當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，管耗也較小，但隨輸入信號(hào)的增加而增加;

　　(3)當(dāng)輸入信號(hào)快速增大時(shí)，由于上式后項(xiàng)比前項(xiàng)增加得快，所以管耗又較小。

　　綜上所述，當(dāng)輸入信號(hào)較大和較小時(shí)，管耗均較小。即最大管耗并不發(fā)生在電路有最大輸出功率時(shí)。當(dāng)電路有最大輸出功率時(shí)，管耗僅為

　　

處，此時(shí)Pcm≈0.4Pom。故大家常說(shuō)的最大管耗Pcm≈0.2Pom，實(shí)際是單管最大管耗。繪制輸出功率、管耗和電源功率關(guān)系圖4如示。

　　

3 容易出現(xiàn)的問(wèn)題

　　3.1 錯(cuò)誤理解幾種功率之間的關(guān)系

　　某些人只是牢牢地記住了教科書(shū)上常用計(jì)算公式，即

　　最大不失真輸出功率

　　

　　而沒(méi)有真正理解其內(nèi)涵，應(yīng)用中不加選擇地套用公式，從而得出非常荒謬的結(jié)論。例如：

　　某收音機(jī)的功放電路為甲乙類推挽功放電路，電源電壓為Vcc=6V，負(fù)載為RL=8Ω，輸出變壓器匝數(shù)比n=2.5，求最大輸出功率、直流電源提供的功率和管耗。有人這樣考慮：

　　

　　可是顯然此時(shí)的管耗與輸出功率之和約為432mW，與電源提供的460mW功率相差甚遠(yuǎn)，這是為什么呢?這里其實(shí)犯了兩個(gè)錯(cuò)誤：(1)電路實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)三極管，求解時(shí)卻按單管處理了;(2)電路有最大輸出功率時(shí)，管耗卻并非最大。因此正確的答案應(yīng)為

　　

　　3.2 忽視電路結(jié)構(gòu)的特殊性

　　由于該電路使用了一些具有特殊用途的元件，在實(shí)際使用過(guò)程中會(huì)引起一些容易被忽略的問(wèn)題，使維修陷入困境。例如，目前通用的功放集成塊，包括電視機(jī)上的場(chǎng)輸出集成塊，為了減小功耗，提高電路的可靠性，都利用外圍元件組成了自舉升壓電路(又稱為泵電源，自舉電容又 稱為場(chǎng)逆程電容)。隨著使用年限的增加，自舉電容會(huì)出現(xiàn)容量減小、漏電等現(xiàn)象。根據(jù)前面的分析我們知道，當(dāng)自舉電容容量下降幅度過(guò)大時(shí)，其容抗就會(huì)變大， 這樣開(kāi)機(jī)瞬間的沖擊電流就會(huì)更多地從功放管T1流過(guò)，將其燒壞;而當(dāng)自舉電容漏電時(shí)，其容抗變小，這樣開(kāi)機(jī)瞬間，中點(diǎn)電位就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

使 激勵(lì)管進(jìn)入飽和狀態(tài)，功放管T2的基極電位便接近于O，使該管流過(guò)較大的電流將其燒毀。即無(wú)論自舉電容漏電還是容量下降都可能燒毀功放集成塊。如果對(duì)此不 加判斷就更換集成塊，則會(huì)造成連續(xù)損壞集成塊的現(xiàn)象。曾有人維修昆侖S511彩電水平一條亮線故障時(shí)，按照一般思路在查場(chǎng)輸出電容、負(fù)載、偏轉(zhuǎn)線圈、電源 電壓均正常后，便認(rèn)為是集成塊損壞，然而換上新的集成塊開(kāi)機(jī)后，集成塊卻再次被燒壞。最后經(jīng)過(guò)多次排查才發(fā)現(xiàn)場(chǎng)自舉電容漏電，換之故障得以排除。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)上述的分析，希望大家在使用0TL電路時(shí)，能夠更加熟練掌握該電路的基本組成及其工作原理，深刻理解電路中各元器件的作用，并能正確計(jì)算輸出功率、管耗、效率等參數(shù)。