无输出变压器(0TL)电路的应用及其注意事项

摘要：OTL电路是目前应用较广的一种功率放大电路，着重研究了该电路的特殊性，并从理论上探讨了其在实际工作中可能引起的问题和解决办法。
关键词：功率放大；电容：效率

0 引言
    OTL电路，即无输出变压器(Output Trans-former Less)是低频功率放大电路的重点，无论是在电路结构上还是在理论计算上，低频特性较好的0CL和电源利用率较高的BTL电路都与其有很多相似之处。而这3种电路，目前广泛应用于多种视频、音频等设备中。因此深刻理解和细致把握0TL电路的工作原理就有着极其深刻的理论和实际意义。

l 基本电路
    图1所示为一基本0TL电路，该电路可以看成是由T1和T2两个工作于乙类工作状态的射极跟随器的组合。由于分别选用了NPN型和PNP型三极管，所以在输入正弦波信号时，两管可以交替工作在正、负半周，故称为0TL互补功率放大电路。由于两管均处于乙类工作状态，所以只有当输入信号大于三极管门限电压时，才出现基极电流，功放才有信号输出。因此在输入信号正负半周的交替过程中，当输入信号低于门限电压时，两个管子都处于截止状态，输出信号便出现了失真，这就是交越失真。为消除交越失真，需要给T1、T2设置合适的偏置电路，使两个管子均处于甲乙类状态。为了确保两管静态电流的稳定，故采用具有稳定正向电压的二极管组成两管基极间的偏置电路。

2 OTL电路的特殊性
2.1 输出耦合电容C1在该电路中兼作负电源
    静态时直流电源给耦合电容充电，由于电路的对称性，在输出信号负半周，下管导通，上管截止，电源与负载断开，电容放电，代替电源提供能量，在负载上得到负半周信号；在输出信号正半周时。上管导通，下管截止，给电容充电，补充负半周损耗的能量，此时负载上得到正半周信号。
2.2 推动管的偏置电阻兼作负反馈
    在0TL电路中，中点电位的稳定十分重要。为了使中点电位能自动稳定，没有把推动管T3的偏置电阻Rb接在电源上，而是接在了中点电位K上。这样，此电阻既是推动管的偏置电阻，又是负反馈电阻，较好地稳定了中点电位。如：
   
2.3 引入自举升压电容
    当输入信号足够大，正半周峰值时，将使推动管饱和，中点电位趋近于零，输出信号负半周的峰峰值；负半周峰值时，中点电位接近于电源电压，也即输出信号正半周的峰峰值。但根据射极跟随器的工作原理可知，Uk=UA-URC-0.7V<VCC，故中点电位无法接近VCC，这样就限制了输出信号正半周的幅度，即出现顶部失真现象，如图2所示。

    所以要增加自举电容和隔离电阻。自举电容C的容量应比较大，使其充放电时间常数远远大于信号周期，保证在整个工作过程中其上的电压始终保持为小阻值的隔离电阻将电源电压与A点电位隔离开。当输入信号负半周时，随着T1的导通，中点电位逐步向VCC上升。由于自举电容两端电压不能突变，A点电位便被抬高到比VCC还高的电位，使T1管的基极获得高电压，从而使A点的最高值接近VCC，提高了输出信号正半周的幅度，减小了功率失真。
2.4 功率和效率问题
    在0TL电路中经常要遇到这么几个功率：最大不失真输出功率、电源提供的功率、管子最大消耗功率和电路效率，这几个概念之间既有联系又有区别，需要特别注意。
2.4.1 最大不失真输出功率

   
2.4.2 电源供给功率
    电源向管子提供的电流如图3所示，其平均值为即电源功率随输入信号的增大而增大。在极限运用即输出功率最大时，

   

2.4.3 效率

2.4.4 管耗
    由能量守恒定律可知，管耗所以：
    (1)当输入信号为零时，管耗也为零；
    (2)当输入信号较小时，管耗也较小，但随输入信号的增加而增加；
    (3)当输入信号快速增大时，由于上式后项比前项增加得快，所以管耗又较小。
    综上所述，当输入信号较大和较小时，管耗均较小。即最大管耗并不发生在电路有最大输出功率时。当电路有最大输出功率时，管耗仅为

    处，此时Pcm≈0.4Pom。故大家常说的最大管耗Pcm≈0.2Pom，实际是单管最大管耗。绘制输出功率、管耗和电源功率关系图4如示。

3 容易出现的问题
3.1 错误理解几种功率之间的关系
    某些人只是牢牢地记住了教科书上常用计算公式，即
    最大不失真输出功率
   

    而没有真正理解其内涵，应用中不加选择地套用公式，从而得出非常荒谬的结论。例如：
    某收音机的功放电路为甲乙类推挽功放电路，电源电压为Vcc=6V，负载为RL=8Ω，输出变压器匝数比n=2.5，求最大输出功率、直流电源提供的功率和管耗。有人这样考虑：

    可是显然此时的管耗与输出功率之和约为432mW，与电源提供的460mW功率相差甚远，这是为什么呢?这里其实犯了两个错误：(1)电路实际应用两个三极管，求解时却按单管处理了；(2)电路有最大输出功率时，管耗却并非最大。因此正确的答案应为

3.2 忽视电路结构的特殊性
    由于该电路使用了一些具有特殊用途的元件，在实际使用过程中会引起一些容易被忽略的问题，使维修陷入困境。例如，目前通用的功放集成块，包括电视机上的场输出集成块，为了减小功耗，提高电路的可靠性，都利用外围元件组成了自举升压电路(又称为泵电源，自举电容又称为场逆程电容)。随着使用年限的增加，自举电容会出现容量减小、漏电等现象。根据前面的分析我们知道，当自举电容容量下降幅度过大时，其容抗就会变大，这样开机瞬间的冲击电流就会更多地从功放管T1流过，将其烧坏；而当自举电容漏电时，其容抗变小，这样开机瞬间，中点电位就会远远大于使激励管进入饱和状态，功放管T2的基极电位便接近于O，使该管流过较大的电流将其烧毁。即无论自举电容漏电还是容量下降都可能烧毁功放集成块。如果对此不加判断就更换集成块，则会造成连续损坏集成块的现象。曾有人维修昆仑S511彩电水平一条亮线故障时，按照一般思路在查场输出电容、负载、偏转线圈、电源电压均正常后，便认为是集成块损坏，然而换上新的集成块开机后，集成块却再次被烧坏。最后经过多次排查才发现场自举电容漏电，换之故障得以排除。

4 结语 
    通过上述的分析，希望大家在使用0TL电路时，能够更加熟练掌握该电路的基本组成及其工作原理，深刻理解电路中各元器件的作用，并能正确计算输出功率、管耗、效率等参数。