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電子管差分放大電路

發布時間: 2020/10/27 10:58:06

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  差分放大電路又叫差動放大電路,它具有電路對稱性,可以穩定工作點,因此,差分電路已成為模拟集成電路中放大電路的主要形式。電子管差分放大器與晶體管差分放大器原理差不多,其基本電路如圖所示。


  


  當兩個電子管的特性一緻時,兩管的屏流相等,兩個輸出端的電壓幅值相等,相位相反。由于陰極電阻R5的作用,在電子管的栅極輸入信号時,一個管子屏流的增加必然導緻另一個管子屏流的減少,并且增加量與減少量相等,而輸出電壓則是二者之差,這正是差分電路名稱的由來。


  但當電子管的工作點選擇不當時,仍可能出現一個管子的增加量不等于另一個管子減小量的情況,即放大器出現了失真。當雙端輸出時,失真被抵銷一大部分,而單端輸出時,失真并不能被抵銷,與單管放大器(工作點相同)差不多。電子管差分放大電路對管子的配對要求也比較高,兩管一緻性越好,電路性能越好。此外還與陰極電阻R5有關,R5越大,電路性能越好。但陰極電阻大,相應要求負電源電壓高。例如《電子報》2006年24期《電子管差分放大電路》一文陰極電阻高達68kΩ,若每管屏流為1mA,則負電源應達-134V)(栅負壓-2V)功耗也增加。為此,也可采用在陰極電路接入恒流源的方法,如下圖所示,但又增加了電路的複雜性,恒流源除可采用晶體管,也可采用恒流二極管或電子管,此時,陰極負電壓隻需10~20V。


  


  在采用陰極電阻的情況下,電阻大小可用下式計算:


  R5=|VS|+|VG|/2I式中VS為陰極負電壓,VG為栅負壓,I為單管屏極電流。當|VS||VG|時,可按R5=VS2/2I選取電阻。當電阻接入電路後,其直流負反饋作用可自動提供适宜的栅負壓穩定工作點(工作點可能與原選值略有差異,但不影響正常工作)。


   較之單管放大器,電子管差分放大器有如下優點:


     1.省去了陰極旁路電路,電路頻響可至OHz,成為直流放大器,但高端頻響不變。


  2.具有高的共模抑制能力,對共模幹擾、噪聲及電源電壓變化不敏感。


  3.工作點十分穩定,陰極負電壓越高,工作點越穩定。


  4.輸入、輸出均可選擇單端、雙端任意搭配,十分靈活。如可實現單端輸入,雙端輸出,且輸出大小相等、相位相反的電壓。


  但同時也存在固有缺陷:


  1.多用了一倍的電子管及元件,且選管配對要求高。


  2.必須另設一組單獨的較高質量陰極負電源。若負電源質量不高,反而引入幹擾和噪聲。


  3.單端輸入、單端輸出時的尖真與單管放大器差不多,而其放大倍數減少一半。


  通常,音頻放大器并不需要放大直流信号,其輸入、輸出端大都為電容耦合,工作點輕微變動并不影響交流放大。同時,工作中的共模幹擾也很少,加之又存在上述三個固有缺陷,決定了電子管差分放大電路在音頻領域中應用并不很多。特别是一般前級放大器,根本沒有必要采用差分放大器。當然,音響發燒進行試驗及追求完美另當别論。電子管差分放大器在音頻電路中應用主要有兩個方面:一是作為平衡輸入的前級放大器,以配合線路平衡傳輸時要求的雙端輸入及對共模幹擾的抑制。二是作為末級推挽功放的倒相推動級,由于差分放大器雙端輸出的是相位相反的音頻信号,故可通過電容耦合直接推動末級推挽功率電子管,較之常見的分負載倒相或變壓器倒相有更好的性能。另外,電路上圖、下圖中的電位器是在兩管特性不太一緻時調平衡之用,以保證輸入為零時雙端輸出為零。用于交流放大時,兩管屏流的輕微不平衡不影響正常工作,此電位器可省去。也可在每個管子的陰極串一小電阻再接陰極電阻上,以提供适量的本級負反饋。


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