用三极管搭建一个优化交叉失真的B类功放电路,附带仿真实例分析

描述

Part 01

前言

推挽放大器是一种功率放大器,用于向负载提供高功率。它由两个晶体管组成,一个是NPN,另一个是PNP。一个晶体管在正半周期推动输出,另一个晶体管在负半周期拉动输出,这就是为什么它被称为推挽放大器。推挽放大器的优点是,当信号不存在时,输出晶体管不会消耗功率。

以下面的原理图为例,我们使用两个三极管作为功率输出级,并使用TI的741运算放大器对输入信号进行放大以便提供驱动三极管所需的电压增益。在电路中使用NPN三极管和 PNP三极管来提供互补推挽输出。这种类型的电路还有个名字叫射极跟随器,因为输出电压和三极管基极的输入电压压差为BE结电压降。因为负载电流主要流过三极管集电极,所以三极管的集电极电流额定值 (Ic) 在选型时要大,并且三极管发热也会比较厉害,所以还需要考虑采用散热器给三极管散热。

功放电路

Part 02

仿真分析

公众号内回复:推挽放大器 即可获得仿真源文件。

输入信号我们设置为幅值为1V,频率为10KHz的正弦波:

功放电路

通过修改滑动电阻器P1 20kΩ的阻值,我们可以修改电路的放大增益,优化波形。

B类功率放大器通常会受到交叉失真的影响,即输入信号为0V时失真,这是由于三极管BE导通压降的影响。我们知道,晶体管的基极-发射极结需要 0.7V 的电压才能导通。因此,当交流输入电压施加到推挽放大器时,它从0开始增加,直到达到0.7V之前,晶体管保持在截止状态,我们没有得到任何输出。PNP晶体管在交流波的负半周也会发生同样的情况,这个区间我们称为死区。为了克服这个问题,采用二极管进行偏置,这种放大器称为AB类放大器。

如果把P1连接到运算放大器的输出:

功放电路

输出VF1波形如下:交叉失真对应的DX为7.22us。

功放电路

如果把P1连接到推挽输出:

功放电路

输出VF1波形如下:交叉失真对应的DX为3.61us。

功放电路

所以此电路的优点在于我们通过R4以及P1电阻将输出信号反馈回非反相输入,这可以很好地减少交叉失真。

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