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晶体管功放的发展和互调失真

更新时间:2016/7/20 9:33:46  来源:本站原创  点击:685

随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路(图一)。最初的大功率PNP管是锗管,而NPN管是硅管,两者的特性差别非常显著,电路的对称性很差,人们更多采用的是图二所示的准互补电路,通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。到了六十年代末,大功率的PNP硅管商品化的时候,互补对称电路才得到广泛的应用。元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃,在主观音质评价方面,也改变了过去人们对晶体管功放的看法,无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放,晶体管功放都被大量地采用,首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。在商品化的晶体管扩音机中,相继出现了一些摧琛夺目的名机,

    尽管电子管的拥护者仍大量存在,人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了,认为晶体管机频响宽阔,层次细腻,与电子管机比较起来有一种独特的舱力,而不是简单的谁取代谁的问题。

    瞬态互调失真的提出是认识上的一次飞跃七十年代,功率放大器的发展史中出现了一件最引人注目的事情,这就是瞬态互调失真(Transientlntermodulation)及其测量方法的提出。1963年,芬兰Helvar工厂的一名工程师在制作一台晶体管扩音机时,由于接线失误,使电路的负反馈量减少了,后来却意外地发现负反馈量减少后的音质非常好,客观技术指标较差,而更正错误以后的线路尽管技术指标提高了,音质反而比误接时明显下降。这一现象引起了当时同一工厂的Mr.Otala的重视,之后,他对此进行了悉心研究,于1970年首先发表丁关于晶体管功率放大器瞬态互调失真(TIM)的论文。至1971年,Otala博士及其研究小组就TIM失真理论发表的论文已经超过20篇,引起了电声界准互补电路人士的广泛反响。
    瞬态互调失真的大意是这样的:

    在直接耦合的晶体管放大电路中,为了得到很小的谐波失真度和宽阔平坦的频率响应,通常对整体电路施加深达40dB一60dB的负反馈,倘若在加负反馈前放大器的开环失真为10%,那么加上40dB的负反馈后,失真即可降低至0.1%,这是电子管功效难以做到的。晶体管功放由于要施加40dB。60dB的负反馈,所以对一台增益要求为26dB的放大器,它的开环增益就要达到66、86dB。

    如此高的增益之下引入深度负反馈,电路势必会产生自激振荡,因而需要进行相位补偿,一般是在推动级晶体管的集电极——基极之间接接一个小电容C,破坏自激振荡的相位条件,形成所谓“滞后补偿”,

    当放大器输入端输入持续时间非常短的过渡性脉冲时,由于电容C需要充电时间,所以推动管集电极电压要经过一段时间延迟方能达到最大值,见图四。显然,在电容C充、放电期间,输出电压V。将达不到应有的电压值,输入级也不可能得到应有的反馈电压Vf,因而,在过渡脉冲通过输入级的瞬间,输入级将处于负.反馈失控状态,致使输入级严重过载,输出将严重削波引起过渡脉冲瞬时失真(图五)。如果过渡脉冲波形上还叠加有正弦信号,输出端还会得到很多输入信号频谱不存在的互调频率成份,这就是TIM失真。

    TIM失真和音乐信号也有密切关系,音量大、频率高的节目信号容易诱发TIM失真。严重的TIM失真反映在听感上类似高频交选失真,而较弱的TIM失真给人以“金属声”的不快感觉,导致音质劣化。至今,音响界对于TIM失真都还有争议,但这毕竟是人们认识的深化,它使后来放大器的设计思想发生了根本性的变化,即更加注重放大器的动态性能而不是仅仅满足于静态技术指标的提高。

 
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