本文主题是图解经典电路之OCL差分功放,通过图文这种分析的方式能够有效减少面对复杂电路时的恐惧感。整个OCL电路可以等效为一个大功率的运放,如何消除大功率三极管的交越失真。又如何通过添加反馈电阻限制Q1Q2的静态偏置电流。想获得更大的功率,那么可以通过并列功率管子的方式实现。
来详细讲解一些经典的电路,跟大家一起进步。另外,虽然我已经转做软件了,但是对硬件的爱丝毫不会减少,请大家放心。朋友们有什么经典电路想了解也可以私信我,如果感兴趣的人比较多的话,我也会挤时间单独出一期文章来讲解。你们的支持是我前进的动力,一起加油。刚把得。(写到最后,都要呼吸困难了,求赞,求安慰。))
好了,废话不多说,第一期图解电路图系列,我们来讲解一个非常经典的OCL差分功放电路。学模拟的朋友都知道,多数入门模拟的新人第一个小作品基本就是电源啊,功放啊这些比较简单,又比较实用的电路。所以,这里第一个电路就选了这个经典的功放电路。看图。
(图一 完整 OCL差分放大电路)
看到这个电路图,可能一些刚入门的朋友会有点蒙。不用怕,只要心里默念OCL大法好,就能看懂了。哈哈,开个玩笑啦。现在开始带大家一起来分析这个电路。我的方式是从简到难,从框架到细节这样的顺序来讲解电路,先讲框架,然后逐渐加添加电路细节,所以大家跟上思路。
(一)第一步,尽可能的抽象这个电路图,会等效成什么样子那?
(图二 OCL等效电路)
对,就是上面这个电路,整个OCL电路可以等效为一个大功率的运放,加上几个电阻电容构成了一个同向放大器,就是这么简单。为了便于理解,我把等效电路中电阻电容的编号也跟原图中对应起来了,大家看出区别和联系来了吗?所以整个功放的增益怎么算?截止频率怎么算?是不是很简单?什么,你不懂运放?来来来,打开电脑,打开浏览器,调出收狗输入法,输入“清华大学模拟电子技术基础”,先从头看一遍。什么,你看不懂?好吧,出门右转,那边工地上还在招搬砖工,快去报名吧。晚了来不急了老哥!好了, 如果上面的等效电路你能够看明白,那么这个OCL电路你也就弄明白了,当然,除了一点具体的实现细节还需要跟你讲解一下。来来来,我们一步步还原上面的完整电路。
(二)实际的运放功率不够大怎么办? 你首先想到的是什么? 没错,后级加上大功率三极管。看下图。
(图三 使用图腾柱提高输出功率)
如上图,在运放的后级加上一级图腾柱来提高功放的输出功率,什么,你问我为啥后面的两个三极管Q1,Q2叫做图腾柱?呵呵,鬼知道,可能是因为图腾象征着力量吧,这两个三极管给了你力量咯。眼尖的小伙伴开始抱怨了,亲,你这个电路不科学啊,后面图腾柱的两个基极直接接在一起会有交越失真的幺。
没错,少年。确实会存在交越失真,我们要保证两个三极管时刻处于导通状态,怎么办呐?当然是给两个三极管都提供一个维持导通的偏执电压喽。看下图。
(三)消除大功率三极管的交越失真
(图四 通过添加偏置电压,消除功率三极管的交越失真)
这个时候又有人开始吐槽了,加偏置电压我懂,但是为啥加了个三极管Q3来提供偏置那?哈哈,这就要说道这个传说中的倍压电路了。我们只看Q3,R4,R5,请告诉我Q3集射极之间电压是多少?如果忽略三极管基极电流的话,是不是Vce=Vbe*(R4/R5+1)对不对?这样我们如果把R4换成一个电位器是不是就可以调节Q3两端的电压了?这个可调电压正好提供给Q1,Q2作为偏置电压。当然,因为三极管IC-Vbe传输特性曲线非常陡,偏置电压稍大一点,集电极电流就会爆涨,所以,为了能够更方便的调节偏置电压,我们会在Q1,Q2发射极之间串联一个小的反馈电阻,如下图。R8,R9作为发射极反馈电阻来维持Q1,Q2空载偏置电流在一个比较小的量级上,减小空载功耗,减小发热。
(四)通过添加反馈电阻限制Q1Q2的静态偏置电流
(图四 通过添加反馈电阻限制Q1Q2的静态偏置电流)
小伙伴们这个时候高兴了,看上去现在这个电路已经可以工作了,没啥大毛病,然而让我们算一笔账,如果设计最大输出功率为20W,喇叭阻抗8欧姆,那么功率三极管输出最大电压17.9V,最大电流将要达到2.236A,如果假定Q1,Q2的增益为50(在大电流的时候,三极管的增益会大大降低),那偏置电路要提供最大电流为44.7mA,然而看图中,R6,R7加上倍压电路流过的最大电流也就2.34mA,所以偏置电路根本无法提供这个大的电流,所以我们有必要在功率放大级之前再加一级驱动电路。给功率级提供足够的驱动电流,如下图。
(五)给功放级添加前级驱动电路
(图五 跟功率三极管增加前置驱动电路)
看到没,红框里面就是为驱动后级的大功率三极管增加的前置驱动电路,可以看出,增加Q1来驱动Q4,Q2驱动Q5,并且把后级的偏置电路移到前级驱动电路中去了,因为驱动电路采用的是设计跟随器的结构,所以可以这样做,Q4,Q5基极偏置电压仍然可以通过倍压电路控制,只不过这个时候的倍压电路Q3集射极之间的电压要包括驱动级Q1,Q2的偏置电压,所以VceQ3= 4* Vbe。并且在Q1Q2基极之间加上了一个电容,这是为了保证交流信号流过时,Q1,Q2基极看到的交流阻抗相等(说白了就是电容C3把Q1,Q2基极交流短路了,所以看到的的交流阻抗肯定一样啊)
实际上,到此为止,这个电路已经可以实际工作了,当然还需要在各路电源上添加必要的滤波电容。但是那,由于受到运放价格,运放最大工作电压,以及模拟发骚友不断发骚精神的影响,很多成品电路并不会采用运放作为前级电压放大的,所以接下来,我们看看一看如何用三极管实现电压放大。说白了,要模拟运放,就需要提供一个非常大的开环电压增益,然后通过反馈电阻稳定实际的放大倍数。