晶體管推挽功率放大器的交越失真

1、晶體管推挽功率放大器的交越失真晶體管推挽功率放大器的交越失真本文的測(cè)量與分析，以輸入及輸出均為變壓器耦合的經(jīng)典電路為原型。另一種也被廣泛使用的單端推挽電路，僅僅是輸入信號(hào)的激勵(lì)方式，以及輸出信號(hào)的合成方式不同，下述的基本原理依然適用。電子管推挽放大器也會(huì)產(chǎn)生相同性質(zhì)的失真，故本文中關(guān)于失真機(jī)理的描述也適用于理解電子管放大器。本文僅單獨(dú)研討交越失真的成因及消除方法，至于推挽放大器的其它特性，不在研討范圍。眾所周知，推挽放大器，是一種需要由

2、兩個(gè)（或兩組）晶體管來共同完成放大作用的放大器，電路中的兩個(gè)晶體管，分別負(fù)責(zé)放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周，再由輸出變壓器把兩個(gè)半周的輸出信號(hào)合成為一個(gè)完整的輸出信號(hào)。圖1為推挽放大器的原理電路，輸入信號(hào)由輸入變壓器分相后，分別饋送到兩個(gè)晶體管的基極，饋送給兩個(gè)晶體管基極的都是一個(gè)完整的信號(hào)，只是它們的相位是相反的，相差了180度；我們知道，結(jié)型為NPN的晶體管，只有當(dāng)輸入信號(hào)電壓為正極性時(shí)，晶體管才會(huì)導(dǎo)通，輸入信號(hào)電壓為負(fù)極性時(shí)，晶體管處于

3、截止?fàn)顟B(tài)，所以在推挽電路兩個(gè)晶體管的集電極，我們只能分別得到半個(gè)周期的輸出信號(hào)；兩個(gè)晶體管把各自放大后的信號(hào)電壓加載到輸出變壓器，變壓器又把這兩個(gè)半周的信號(hào)電壓相繼饋送給同一個(gè)負(fù)載，于是負(fù)載上實(shí)際得到的，是一個(gè)完整的輸出信號(hào)電壓。圖1：原理電路及輸出信號(hào)的合成如果我們完全依照原理電路搭建一個(gè)推挽放大器，那么我們所得到的放大信號(hào)將是這樣的：顯然，這不是我們期待得到的放大信號(hào)，這個(gè)輸出信號(hào)沒有一個(gè)完整的周期，產(chǎn)生了明顯的失真；從圖3中輸出信

4、號(hào)的周期范圍可以看到，當(dāng)上面那個(gè)晶體管已經(jīng)脫離放大區(qū)域，停止工作，而下面那個(gè)晶體管卻尚未進(jìn)入工作狀態(tài)；同樣，當(dāng)下面那個(gè)晶體管已經(jīng)脫離放大區(qū)域，停止工作，上面那個(gè)晶體管也是未有進(jìn)入工作狀態(tài)；這個(gè)失真發(fā)生在兩個(gè)晶體管各自負(fù)責(zé)的半個(gè)周期之交接區(qū)域中，放大器理論把這種發(fā)生在信號(hào)上下半周交接區(qū)域所產(chǎn)生的失真稱為“交越失真”。電壓才能使其進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，半導(dǎo)體物理學(xué)把這個(gè)令晶體管進(jìn)入正向?qū)顟B(tài)的電壓，稱為晶體管的“特征電壓”；不同材質(zhì)的晶體管其導(dǎo)通

5、電壓并不相同，電路理論中，鍺材料晶體管的“特征電壓”被定為0.2V，硅材料晶體管的“特征電壓”被定為0.7V。實(shí)際應(yīng)用中需要留意的是：即使材質(zhì)相同的晶體管，其導(dǎo)通電壓也會(huì)略有不同，并且，這個(gè)“特征電壓”也不是一個(gè)固定的值，而是在這個(gè)值附近的一個(gè)范圍。我們?cè)賮砜纯丛黼娐分校瑑蓚€(gè)晶體管到底工作在半周期中的哪個(gè)范圍圖4：上晶體管的輸出波形與輸入信號(hào)波形的疊加對(duì)比圖4、圖5中兩個(gè)晶體管的輸出波形與輸入信號(hào)波形的疊加對(duì)比，都反映了同樣的問題：在

6、信號(hào)的兩個(gè)半周，上下晶體管都沒有完整地工作在其負(fù)責(zé)放大的半周期內(nèi)，只是在信號(hào)電壓超過其“特征電壓”時(shí)才開始工作，當(dāng)信號(hào)電壓低于其“特征電壓”，但尚未回到0的時(shí)候，就已經(jīng)脫離了工作狀態(tài)，工作周期的滯后開始和提前結(jié)束，致使兩管在工作交替期間的信號(hào)被丟失，這就是導(dǎo)致推挽放大器產(chǎn)生“交越失真”的成因。消除交越失真的方法消除交越失真的方法面對(duì)所出現(xiàn)的問題，首先是要找出問題的成因，才能據(jù)此探求解決問題的辦法。上面的測(cè)量中，我們找到了造成“交越失真”

7、是因?yàn)榫w管的“特征電壓”在作怪，那么我們就可以這樣做：預(yù)先為晶體管基極設(shè)置一個(gè)導(dǎo)通電壓，令其在尚未有輸入信號(hào)的時(shí)候，已經(jīng)提前進(jìn)入工作區(qū)域，這樣，晶體管就可以在信號(hào)到來時(shí)馬上進(jìn)入工作狀態(tài)，兩個(gè)晶體管的信號(hào)交接過程就會(huì)變得暢順，交越失真就可以消除。這個(gè)為晶體管基極預(yù)置的電壓，在晶體管放大器理論中稱為“偏置電壓”；也因?yàn)榫w管是電流控制器件，預(yù)置這個(gè)電壓的實(shí)際目的是為晶體管基極注入一個(gè)小電流，令晶體管進(jìn)入工作區(qū)域，所以這個(gè)注入的小電流也被稱