張 浩,張建榮（山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西太原，030031）

調(diào)試功率放大電路中常見問題的探討與解決方案

張 浩,張建榮
（山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西太原，030031）

針對(duì)功率放大電路中接地方式，波形失真以及熱擊穿三種常見問題做出解釋并對(duì)提出解決方案。在功率放大電路中添加電容，電阻等元件改進(jìn)電路穩(wěn)定性。

晶體管；非線性失真；熱擊穿

在調(diào)試功率放大電路時(shí)，針對(duì)其接地方式，波形失真以及電路器件熱擊穿三種常見問題的解決方案。

1、原理圖接地符號(hào)表示所有的電路的返回路徑，其阻抗不一定等于零。當(dāng)電流幅值或頻率增大，直流電源的阻抗會(huì)產(chǎn)生較大的電壓而產(chǎn)生干擾，影響放大器的精度。因此須加入電源的去耦電容，使用小電容和大電容的雙通道電容是為了在低頻和高頻范圍內(nèi)充分減小電源交流阻抗。此外直流電源應(yīng)盡可能的靠近后級(jí)放大器，以防止后級(jí)信號(hào)耦合到前一級(jí)的輸入端而產(chǎn)生自激，由此可類比直流電源的去耦電容也應(yīng)盡量靠近電源設(shè)計(jì)。

在連接示波器后?？床坏捷敵霾ㄐ危蠖鄶?shù)為未共地所致。功率放大器很多是雙電源供電，需要+V和—V兩路直流電源，直流電源上標(biāo)有正負(fù)極和接地端。若直接把電源負(fù)極接在放大器的地端，此時(shí)兩路直流電壓負(fù)極雖然接在一起，但是和示波器等儀器并不共地，無(wú)法正常顯示波形，這時(shí)將放大器的共地端接到直流電源的接地端即可。由于各儀器內(nèi)部接地方式不同，有些雙通道儀器在內(nèi)部已經(jīng)共地，進(jìn)行調(diào)試時(shí)，兩接入點(diǎn)相當(dāng)于短路，可能會(huì)損壞電路板。在調(diào)試時(shí)應(yīng)注意此類問題。

運(yùn)用不同的電路結(jié)構(gòu)，等效交流接地點(diǎn)不同。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，從基級(jí)看入的偏置電路的阻抗并不相等，失調(diào)電流增加，需要在偏置電路上并聯(lián)一個(gè)電容來(lái)改善高頻失真，使電路有足夠的交流對(duì)稱性。有MOS管的電路交流接地可能會(huì)影響MOS管的阻抗。

2、功率放大器調(diào)試時(shí)的主要問題是失真。許多功率放大器前級(jí)使用op放大器，由于op放大器內(nèi)部相位補(bǔ)償電路都是按照單級(jí)使用時(shí)制作，與其他放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，負(fù)反饋以及兩級(jí)阻抗并不匹配電路不穩(wěn)定，需要使用射級(jí)跟隨器與op放大器級(jí)聯(lián)進(jìn)行阻抗匹配并且加入相位補(bǔ)償電路。一般來(lái)講，后級(jí)輸入阻抗大于前級(jí)阻抗5-10倍以上認(rèn)為阻抗匹配良好。

功率放大電路盡量選擇晶體管工作在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。發(fā)射極電流增加頻率特性較好。此外晶體管是按照h FE分檔，h FE受到集電極電流影響，電流越大，溫度越高，h FE就越小，應(yīng)選擇在h FE變化最小的范圍內(nèi)使用。一般而言，在額定電流1/3較好。

對(duì)于大信號(hào)，晶體管性能發(fā)生變化。大信號(hào)在基區(qū)注入的電子，加大了基區(qū)的摻雜濃度，基區(qū)的等效電阻減小，同時(shí)伴隨發(fā)射極電流集邊效應(yīng)以及基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)。晶體管的伏安特性改變。而MOS管由于柵極電流極小此影響較小，但是要注意MOS管的襯底電位。若對(duì)襯底電位不加以控制，襯底電位變化較大會(huì)造成MOS管的導(dǎo)電溝道失效。元件性質(zhì)改變，輸出波形可能失真。最常見的失真是帶負(fù)載后發(fā)生截止或者飽和失真，在調(diào)節(jié)阻抗匹配的射級(jí)跟隨器后接上負(fù)載電阻，輸出波形的負(fù)側(cè)被削去。使用單級(jí)跟隨器時(shí)解決輸出負(fù)載加重問題是加大靜態(tài)電流，對(duì)于偏置電路盡量讓其通過基級(jí)電流可以忽略的足夠大的電流，削弱基級(jí)電流的影響，以使基級(jí)直流電位偏離值較小。即便加大空載電流，接入負(fù)載后取出大電流時(shí)可能發(fā)生截止或飽和失真?？墒褂猛仆煨蜕浼?jí)跟隨器來(lái)改善上述問題，利用二極管的正向壓降來(lái)抵消兩個(gè)晶體管的死區(qū)電壓，克服交越失真。由于晶體管的基級(jí)-發(fā)射極間電壓為導(dǎo)通和截止的交界狀態(tài)，把靜態(tài)電流近似為0，無(wú)有用信號(hào)輸入時(shí)，沒有電流流過，能量利用率高。對(duì)于交越失真可以使用OP放大器的強(qiáng)負(fù)反饋來(lái)減弱。但是反饋電阻值不可取的過小，否則會(huì)導(dǎo)致輸出電流過大，射級(jí)跟隨器不能有效的驅(qū)動(dòng)反饋電阻。

在高頻信號(hào)下，閉環(huán)放大可能會(huì)使功率放大器發(fā)生自激振蕩。除了在制作電路板時(shí)要合理安排線路之外，加入一些相應(yīng)器件來(lái)防止發(fā)生自激?？刂谱约さ某Ｓ闷骷须娙莺碗娮?。如共射放大電路，可在集電極與基極上連接一個(gè)電容，在高頻信號(hào)下減小放大倍數(shù)或者在輸入端加入電阻減小反饋信號(hào)來(lái)削弱自激。

3、在調(diào)試電路時(shí)常發(fā)生熱擊穿。由于晶體管工作時(shí)，發(fā)射極正偏，集電極反偏，所以集電極的發(fā)熱量是主要影響因素。設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮電路的散熱問題。晶體管的VBE具有負(fù)溫度系數(shù)，用二極管的正向壓降來(lái)抵消兩個(gè)晶體管的死區(qū)電壓的推挽型射級(jí)跟隨器由于集電極發(fā)熱，導(dǎo)致VBE減小。而二極管的發(fā)熱量較小，壓降不變，此時(shí)二極管壓降大于VBE，促使集電極極電流增加，發(fā)熱量進(jìn)一步增加反復(fù)進(jìn)行導(dǎo)致熱擊穿。晶體管的安全工作區(qū)域是由集電極損耗，集電極-發(fā)射極間電壓和二次擊穿共同限制。使用射級(jí)跟隨器并聯(lián)的電路結(jié)構(gòu)，全部的集電極損耗由多個(gè)晶體管并聯(lián)共同分擔(dān)，這樣就降低了熱擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。所有晶體管都應(yīng)該進(jìn)行熱耦合，讓它們的溫度保持一致。基級(jí)串聯(lián)的電阻是為平衡電流，使晶體管流過的電流盡量相等。并聯(lián)結(jié)構(gòu)的推挽型射級(jí)跟隨器的輸出阻抗降低，但是高頻截止頻率降低。

推挽型射級(jí)跟隨器的對(duì)管安裝熱沉，在電路板上涂導(dǎo)熱膏，增加散熱片或者在偏置電路后加一些保護(hù)電路都可以抑制熱擊穿。

以上對(duì)功率放大電路中常見問題作了部分解釋與相應(yīng)的數(shù)種解決方案。但電路還應(yīng)該從實(shí)際需求出發(fā)，不同的應(yīng)用背景要用不同的方案。

[1]鈴木雅臣（日）：晶體管電路設(shè)計(jì)上，科學(xué)出版社

[2]鈴木雅臣（日)：晶體管電路設(shè)計(jì)下，科學(xué)出版社

[3]楊欣，萊·諾克斯，王玉鳳等：電子設(shè)計(jì)從零開始，清華大學(xué)出版社

[4]柴木肇（日）：晶體管電路活用技巧，科學(xué)出版社

[5]黑田徹（日）：基于OP放大器與晶體管的放大電路設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社

[6]黑田徹（日）：晶體管電路實(shí)用設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社

[7]門宏：晶體管實(shí)用電路解讀，化學(xué)工業(yè)出版社

The discussion and solution of the common problems in the debugging power amplifier circuit

Zhang Hao,Zhang Jianrong
（School of business,Shanxi University,Shanxi Taiyuan,030031）

In view of the power amplifier circuit grounding mode, waveform distortion and thermal breakdown of three common problems to explain and put forward the solution. In the power amplifier circuit to add capacitance, resistance and other components to improve the stability of the circuit.

transistor; nonlinear distortion; thermal breakdown