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浅谈电子管推挽放大器交越失真的成因及消除办法

浅谈电子管推挽放大器交越失真的成因及消除方法-当偏置电压增加到令晶体管已经完全进入工作状态,此时的交越失真也同时被消除。(图10中有意把输入、输出两个信号略作移位,以方便对比两个波形)

本文的丈量与剖析,以输入及输出均为变压器耦合的经典电路为原型。

至于另一种也被广泛运用的单端推挽电路,仅仅是输入信号的鼓励办法,以及输出信号的整合办法不同,下述的基本原理仍然适用。

电子管推挽扩大器也会发生相同性质的失真,故本文中关于失真机理的描绘也适用于了解电子管扩大器。

本文仅独自研讨交越失真的成因及消除办法,至于推挽扩大器的其它特性,不在研讨规模。

众所周知,推挽扩大器,是一种需求由两个(或两组)晶体管来共同完成扩大效果的扩大器,电路中的两个晶体管,别离担任扩大信号的正半周和负半周,再由输出变压器把两个半周的输出信号整合为一个完好的输出信号。

图1为推挽扩大器的原理电路,输入信号由输入变压器倒相后,别离馈送到两个晶体管的基极,馈送给两个晶体管基极的都是一个完好的信号,仅仅它们的相位是相反的,相差了180度;

咱们知道,结型为NPN的晶体管,只有当输入信号为正极性电压的时分,晶体管才会导通,输入信号电压为负极性时,晶体管处于截止状况,所以,在两个晶体管的集电极,咱们只能别离得到半个周期的输出信号;两个晶体管别离把自己扩大后的信号加载到输出变压器,变压器又把这两个半周的信号相继馈送给同一个负载,所以负载实践上得到的,是一个完好的扩大信号。

图1:原理电路及输出信号的组成

假如咱们彻底按照原理电路建立一个推挽扩大器,那么咱们所得到的扩大信号将是这样的:

图2:输出信号波形

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

图3:输入信号波形与输出信号波形作叠加比照

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

显着,这不是咱们等待得到的扩大信号,它并没有一个完好的信号周期,发生了显着的失真;

图3中能够看到,当上面那个晶体管现已脱离扩大区域,停止作业,而下面那个晶体管却没有进入作业状况;相同,当下面那个晶体管现已脱离扩大区域,停止作业,上面那个晶体管也是未有进入作业状况;

这个失真发生在两个晶体管所各自担任的半个周期之交代区域中,扩大器理论把这种发生在信号上下半周交代区域发生的失真称为“交越失真”。

交越失真的成因

要知道这个交越失真是怎样发生的,首要要知道的是令晶体管作业所需的电压条件;

大多数触及晶体管电路原理的书本中都会说到,在晶体管的PN结上,要加上必定的正向电压才干使其进入导通状况,半导体物理学把这个令晶体管进入正导游通状况的电压,称为晶体管的“特征电压”;不同原料的晶体管其导通电压并不相同,电路理论中,锗资料晶体管的“特征电压”被定为0.2V,硅资料晶体管的“特征电压”被定为0.7V。

实践运用中需求留心的是:即便原料相同的晶体管,其导通电压也会略有不同,而且,这个“特征电压”也不是一个固定的值,而是在这个值邻近的一个规模。

咱们再来看看原理电路中,两个晶体管到底是怎样的一个作业情况

图4:上晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加比照

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

图5:下晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加比照

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

图4、图5中两个晶体管的输出波形与输入信号波形的叠加比照,都反映了相同的问题:在信号的两个半周,上下晶体管都没有完好地作业在其担任扩大的半周期内,仅仅在信号电压超越其“特征电压”时才开端作业,当信号电压低于其“特征电压”,但没有回到0的时分,就脱离了作业状况,这种偷工减料的行为致使作业替换进程期间的信号被丢掉,这便是导致推挽扩大器发生“交越失真”的成因。

消除交越失真的办法

面临所呈现的问题,首要是要找出问题的成因,才干据此根究处理问题的办法。

上面的丈量中,咱们找到了形成“交越失真”是由于晶体管的“特征电压”在作祟,那么咱们就能够这样做:预先为晶体管基极设置一个导通电压,令其在没有有输入信号的时分,现已提早进入作业区域,这样,晶体管就能够在信号到来时立刻进入作业状况,两个晶体管的信号交代进程就会变得畅顺,交越失真就能够消除。

这个为晶体管基极预置的电压,在晶体管扩大器理论中称为“偏置电压”;也由于晶体管是电流操控器材,预置这个电压的实践意图是为晶体管基极注入一个小电流,令晶体管进入作业区域,所以这个注入的小电路也被称为晶体管的“偏置电流”。

图6:设置有“偏置电压”的实践作业电路

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

测验一下参加偏置电压后,晶体管的作业区域发生了什么改动;

图7为上晶体管的输出波形,从0V基线的方位能够看到,上晶体管现已作业在一个完好的半周期规模,它的截止区现已跨越了这个规模,落鄙人晶体管的作业区域。

图7:上晶体管作业区域

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

图8为下晶体管的输出波形,相同能够看到,此刻下晶体管也现已作业在一个完好的半周期规模,它的截止区也跨越了这个规模,落在上晶体管的作业区域。

图8:下晶体管作业区域

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

综合测验

咱们调整图6偏置电路中的R1,使基极电压从0开端逐渐添加,再看看原有的交越失真发生了什么改动。

图9:偏置电压略为添加后,比照图3中本来交越区域的不作业规模变窄,交越失真得到改进。

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

图10:当偏置电压添加到令晶体管现已彻底进入作业状况,此刻的交越失真也一起被消除。(图10中有意把输入、输出两个信号略作移位,以便利比照两个波形)

浅谈电子管推挽扩大器交越失真的成因及消除办法

以上测验进程,咱们处理了晶体管推挽扩大器的交越失真问题,两个晶体管现已能够别离作业在各自的半个周期规模,负载得到了一个完好周期的不失真信号;

扩大器理论中,把背负扩大效果的器材(晶体管或电子管),在无输入信号时处于不作业状况的这种扩大器,称为“乙类(B类)扩大器”;把扩大器材预先进入作业状况,但其仍然主要是承当信号半个周期扩大使命的这种扩大器,称为甲乙类(AB类)扩大器。

音频扩大器中,为消除这种非线性失真,不运用乙类(B类)扩大器,只运用甲乙类(AB类)扩大器。

假如咱们持续添加偏置电压,令晶体管发生更大的基极电流,则其截止区还会持续向对方晶体管的作业区域延伸,直到最终彻底掩盖对方的整个作业区域,两个晶体管都会作业在完好的信号周期规模,此刻,扩大器的特点也随之发生了改动,它脱离了甲乙类(AB类)扩大器,变成为纯甲类(A类)推挽扩大器。

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