并联电路电功率 第一期图解电路图系列文章（图一）：OCL差分放大电路

最近很多密友关注并私信我一些硬件相关的问题，但是因为平时工作比较忙，没时间认真回复每个朋友的私信，还不够用几句话解释清楚。所以为了感谢这些朋友的支持，我决定抽空制作一系列关于电路原理图的文章，详细讲解一些经典电路，和大家一起进步。另外，虽然换了软件，但我对硬件的热爱丝毫不会减退，请大家放心。朋友们，如果你有什么经典电路想了解，也可以私信我。如果有更多的人感兴趣，我也会抽空写一篇单独的文章来解释。你们的支持是我前进的动力。我们一起工作吧。刚刚得到它。 （写到最后，呼吸困难，请赞美和安慰。））。 . .

好了，废话不多说，图解电路图系列第一期，给大家讲解一个非常经典的OCL差分功放电路。学过仿真的朋友都知道，大部分新手学仿真的第一部小作品，基本都是电源和功放。这些电路比较简单实用。所以这里的第一个电路选择了这个经典的功放电路，见图。

（图1完整的OCL差分放大电路）

看到这个电路图，有些刚入门的朋友可能会有些疑惑。不要害怕，只要你在心里念诵OCL大法，你就能明白。哈哈，开个玩笑。下面就带大家来分析一下这个电路。我的方法是从简单到困难，从框架到细节来解释电路。我先讲框架，然后逐步添加电路细节，让大家跟上思路。

(一）第一步就是尽可能把这个电路图抽象出来，会等价于什么？

（图2 OCL等效电路）

对，就是上面的电路，整个OCL电路就可以相当于一个大功率运放，再加上几个电阻电容组成同相放大器，就这么简单。为了便于理解，我还把等效电路中的电阻和电容的编号与原图一一对应。你能看出区别和联系吗？那么如何计算整个功放的增益呢？截止频率是如何计算的？是不是很简单？什么，你不懂运放？来吧，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”，从头开始阅读。什么，你不明白？嗯，出去右转，工地还有瓦工招，去报名吧。来晚了，别着急，兄弟！好吧，如果你能理解上面的等效电路，那么你就会理解OCL电路了。当然，除了一些具体的实现细节，还需要给大家解释一下。来吧，让我们一步一步还原上面的完整电路。

(二）如果实际运放的功率不够大怎么办？你首先想到的是什么？对，在功率级加一个大功率三极管。见下图.

（图3使用图腾柱增加输出功率）

如上图所示，在运放后级加了一个图腾柱，以增加功放的输出功率。什么，你问我为什么后面的两个晶体管Q1和Q2叫图腾柱？呵呵，鬼知道，可能是因为图腾象征力量，这两个三极管给你力量。眼尖的小伙伴开始吐槽了，亲，你的电路不科学，后面图腾柱的两个底座直接连在一起，会有交叉失真。

没错，孩子。确实会有交叉失真。我们需要确保两个三极管始终处于开启状态。我们应该做什么？当然，两个晶体管都提供了维持导通的偏执电压。见下图。

（三）消除大功率三极管的交越失真

（图4通过添加偏置电压，消除了功率晶体管的交叉失真）

这时，又有人开始抱怨了。我了解添加偏置电压，但为什么要添加晶体管 Q3 来提供偏置？哈哈，这就是传说中的倍压电路。我们只看Q3、R4、R5，请问Q3的集电极和发射极之间的电压是多少？如果忽略三极管的基极电流，是不是Vce=Vbe*(R4/R5+1)对吧？那么如果我们用电位器代替R4，可以调节Q3两端的电压吗？这个可调的电压刚好提供给Q1和Q2作为偏置电压。当然，由于三极管的IC-Vbe传输特性曲线非常陡峭，偏置电压稍大，集电极电流就会爆炸。因此，为了能够调整偏置电压更方便，我们在Q1和Q2的发射极之间串联一个小反馈电阻，如下图所示，R8和R9作为发射极反馈电阻，保持Q1和Q2空载偏置电流在一个相对较小的数量级上，减少小空载功耗减少了热量的产生。

(四）通过增加反馈电阻来限制Q1Q2的静态偏置电流

（图4通过增加反馈电阻来限制Q1Q2的静态偏置电流）

我的朋友们此时很高兴。现在看来这个电路可以工作了，没有什么大问题。但是，让我们计算一下。如果设计的最大输出功率为20W，扬声器阻抗为8欧，那么功率晶体管的最大输出电压为17.9V，最大电流将达到2.236A。如果假设Q1和Q2的增益为50（大电流时三极管的增益会大大降低），那么偏置电路所能提供的最大电流为44.7mA。不过看图，流过R6、R7加上倍压电路的最大电流也是2.34mA，所以偏置电路根本无法提供这么大的电流。电流，因此需要在功放级之前增加一个驱动电路。为功率级提供足够的驱动电流，如下图所示。

(五）功放级加前置驱动电路

（图5在功率晶体管上加了一个预驱动电路）

你看，红框里面是增加的前置驱动电路，用来驱动后级的大功率晶体管。可以看出加了Q1来驱动Q4，Q2驱动Q5，后级的偏置电路移到了预驱动电路没有了，因为驱动电路采用了设计跟随器的结构，所以这样可以做完了。 Q4和Q5的基极偏置电压仍然可以通过倍压电路控制，但是此时的倍压电路Q3仍然可以控制。集电极和发射极之间的电压应该包括驱动级Q1和Q2的偏置电压，所以VceQ3=4*Vbe。并且在Q1和Q2的基极之间加了一个电容，这是为了保证交流信号流过时，Q1和Q2的基极看到的交流阻抗相等（说白了就是电容C3短路了Q1和Q2的基极） Q1 和 Q2 的基极，所以看到的交流阻抗必须相同）

其实到目前为止，这个电路是可以实际工作的，当然每个电源都要加必要的滤波电容。但是后来，由于运放的价格，运放的最大工作电压，以及模拟狂热者不断的咆哮精神，很多成品电路不会使用运放作为前级电压放大，所以接下来并联电路电功率，我们一起来看看如何用三极管实现电压放大。说白了，要模拟一个运放，需要提供一个非常大的开环电压增益，然后通过一个反馈电阻来稳定实际放大倍数。

（六）采用两级共射放大器实现电压放大

（图6：共射放大器实现电压放大的功放电路）

如上图，主要增加了两级共射放大电路。 Q6用作第一级电压放大器，在其发射极上加了一个反馈电阻。 R2 主要为 Q6 提供静态电流。对于交流信号，C5近似短路，所以R2与R13并联，与C2、R3形成反馈，控制整个环路的增益。还有一点需要注意的是，由于采用的是两级共射放大器，Q7的集电极静态电压不为0，所以放大后的电压信号需要通过C4交流耦合到后级驱动电路有时，我们不希望中间环节通过电容耦合信号，这样很容易导致低频信号丢失和相位偏移，导致电路自激。到了这个时候，厉害的差动放大电路就该出现了。

(七）差分电路作为第一级放大

（图7差分放大器作为第一级放大电路）

如上图所示，在前级放大电路中增加了一个差分放大器。由于差分放大，Q6和Q7两管的基极虚短，Q6的基极已作为参考。另外，反馈电阻R3直接接Q7的基极，使整个回路控制输出端电压与Q6输入端电压一致（Q6端为参考地电平，所以输出端被控制为0V），然后差分放大器被第一级共发射放大。 ，以获得更高的增益，并且输出直接耦合到后级驱动电路。这样，我们就完美地模拟了带有三极管放大器的运放。但是等等，我们真的可以完美地模拟运算放大器吗？不，答案是否定的，因为以现在的技术，任何运放都有10^6的开环增益，加上反馈电路，整个电路的增益可以设计得很精准，但是我们上面的电路开环电压增益显然是不够的。可能同学们想说，如果增益不够，就多加几级吧。童鞋，你很聪明。但是串联太多容易导致系统自激，调试也不方便。有什么方法可以在不增加放大级数的情况下增加增益？当然，我们伟大的工程师设计的电路更加疯狂和酷。那是有源负载并联电路电功率，哈哈，现在我们的电路越来越像原来的OCL电路了，伙计们，搞定了。

(八）使用有源负载来增加放大器的电压增益。

（图8通过增加有源负载来增加放大器的增益）

如上，在驱动级增加了一个电流源作为有源负载，大大提高了驱动级的电压增益。将镜像电流源添加到差分电路的集电极部分。一方面，它被用作有源负载。另一方面，两个分支互为镜像，电压增益变为单边增益的两倍。电流源保证了两支路总电流的稳定性。加上这些部分后，整个电路的开环增益将大约等于两级放大晶体管ft的乘积。假设使用S8050晶体管，增益大约等于300，所以开环整个电路的环路增益Go=300*300= 90000，对于一个功放电路来说已经足够了。好像到目前为止一切都在那里？是的，理论上，似乎一切正常。不过理想太满了，显示器又很皮，还要考虑电路的稳定性，老铁，这么大的环路增益，这么大的输出功率，电源电压肯定是抖的，而且很容易自激，所以我们要把前级电压放大和后级功放放大隔离，否则电源会自激。如下图，我们增加了一个直流隔离电路。

(九）增加前后隔离电路，防止自激。

（图9增加了隔离电路，将前后电源分开）

如上，用一个二极管来分离前级和后级的电源。当后级电压突然急剧下降时，二极管D3、D4不导通，电容C2、C5为前级供电。当后级电压恢复时，二极管通过二极管直接给前级供电，并对电容充电。由于前级所需的电流很小，电容C2和C5上的电压基本保持在电源的最高电压，不会随后级电压波动很大，从而起到隔离作用然后，然后，并没有结束，由于使用了多级电路结构，因此需要进行一些相位补偿。如下图

（十）加相位补偿电容

（图10增加相位补偿电容）

可能很多朋友不知道为什么要加这个电容。原因是多级放大器。信号通过放大器的每一级后都会产生相移。特别是对于高频信号，这种相移会更加明显。如果相移累积到180，那么负反馈变成正反馈，整个电路就会自激，分分钟烧管。图中三极管的共射放大器的基极和集电极直接接一个pF级的小电容，因为共射放大器的理论相移为180度，但高频信号会由补偿电容旁路，使相移减小，避免整个回路的相移累积到180度后自激。所以，这个电容还是很有必要的。至此，整个电路就完美了。如果想要获得更多的功率，可以通过并联功率管来实现，如下图所示。这和原来的OCL完整电路图一模一样。

(十个一）并联功率管实现更大的输出功率

（图11并联功率管实现更大输出功率）

如上图所示，在输出端，通过并联功率管来实现更高的功率输出，但需要注意的是，由于三极管是具有正温度系数的器件（即温度，同样的集电极电流需要根据极电压越小，也就是说，保持Vbe不变，温度升高--->集电极电流增加--->温度继续升高--->集电极电流不断增大--->GameOver 这很容易导致管子烧毁），所以在管子并联时，一定要在输入端串联一个几十欧的电阻实现多管并联电流平衡，防止单管电流过大。

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