中心議題：

• MOSFET音頻輸出級(jí)自偏壓電路工作原理

解決方案：

• 偏置偏置電流檢測(cè)器工作原理分析
• 隔離器工作原理分析
• 積分器工作原理分析

AB類(lèi)輸出級(jí)精度不高可能有下列幾個(gè)原因：
·柵極閾值電壓變化與VGS溫度系數(shù)變化引起的MOSFET與雙極管間相對(duì)溫度系數(shù)的失配
·輸出器件與檢測(cè)器件間耦合的延遲與衰減
·驅(qū)動(dòng)器工作在不同的溫度
·調(diào)整單個(gè)放大器偏壓時(shí)存在誤差
·老化引起的閾值電壓長(zhǎng)期漂移

鑒于上述原因，自然想用控制環(huán)來(lái)替代VBE放大器，前者基于偏置電流本身的反饋；而后者只是一種誤差反饋。新設(shè)計(jì)由下列三部分構(gòu)成；偏置電流檢測(cè)器、隔離器和積分器，下面詳細(xì)地介紹各個(gè)電路的工作原理(參見(jiàn)圖1)。

偏流檢測(cè)器

偏流檢測(cè)器的目的是測(cè)相對(duì)于正常偏置的任何變化而不影響輸出管的電流分配，也就是說(shuō)，與輸出到負(fù)載(RL)的電流無(wú)關(guān)。實(shí)現(xiàn)的方法是：檢測(cè)輸出級(jí)源電阻上電壓，并將它們傳送至由兩個(gè)電流鏡(分別是圖1中T3、4和 T5、6晶體管對(duì))構(gòu)成的非線性網(wǎng)絡(luò)。兩個(gè)等參考電流通過(guò)R6和R8，提供給電流鏡。由于每個(gè)源電阻上的電壓分別增加了T3與T5的VBE偏移電壓，因此它們所反映的電流將低于參數(shù)電流。

在準(zhǔn)靜態(tài)條件下，這個(gè)偏移電壓使每個(gè)鏡象僅反映了50%的參考電流。根據(jù)物理定律，偏移電壓為18mV時(shí)滿足該條件(在室溫下)?？紤]到R1與R2，該18mV定義了輸出級(jí)的準(zhǔn)靜態(tài)電流，亦即若R1=R2=0.18Ω，它為100mA，為了保持這一條件，反射電流會(huì)相加在一起。再減R9提供的第三個(gè)參考電流。最后得到的差值IERR能告訴我們輸出級(jí)是否處于偏置電流下，或低于、高于該偏置，因此IERR可用作反饋信號(hào)。

由于音樂(lè)信號(hào)具有高峰值/平均值比，平均信號(hào)電平(即使在最大音量下)處于偏流檢測(cè)器的捕獲范圍之內(nèi)，滿功率的正弦波也不會(huì)造成任何差錯(cuò)，因?yàn)榭刂骗h(huán)在足夠長(zhǎng)的相對(duì)時(shí)間橫跨捕獲區(qū)，完成自己的工作。然而，一個(gè)大方波信號(hào)會(huì)將輸出級(jí)持續(xù)地推到B類(lèi)工作，不產(chǎn)生任何誤差信號(hào)，使積分器處于不確定狀態(tài)。
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隔離器

為了避免柵極上(A與B節(jié)點(diǎn))共模電壓與差模電壓間產(chǎn)生任何反向交互作用，在伺服環(huán)內(nèi)合適地方應(yīng)插入隔離器，將它放置在偏流檢測(cè)器與積分器之間能極大地簡(jiǎn)化電路，因?yàn)榉e分器現(xiàn)在可將偏置電壓用作電源。考慮到誤差信號(hào)的雙極性，需要兩個(gè)光耦合器(U1、U2)，一個(gè)用作C3的充電，而另一個(gè)用作它的放電。它們都在低電流(＜1mA)工作。除了隔離的主要任務(wù)，它們還起到其它幾個(gè)作用：首先掩蓋了誤差信號(hào)的微小偏差；其次減少了任何光隔離器在極低電流下的傳輸；最后，U1是通過(guò)R11供電的，同時(shí)受到LED D3的限制，使T3和T6的VCE接近于T4和T5的同一電平，防止了U1和U2同時(shí)通導(dǎo)。

積分器

MOSFET的偏壓視實(shí)際使用的管子而定，通常在2V至10V間變化。為了應(yīng)對(duì)這一范圍，最終確定圖2 所示的自動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。積分器采用積分并聯(lián)穩(wěn)壓器，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且有較高的精度，還顯示出足夠低(<2Ω)的動(dòng)態(tài)輸出阻抗，能滿足來(lái)自驅(qū)動(dòng)級(jí)AC電流的要求。為了排除高頻處的交互作用，積分電容C3的取值應(yīng)使伺服環(huán)的單位增益頻率低于音頻譜。通常在1Hz與10Hz之間，具體數(shù)值取決于光耦合器的傳輸比，D4的作用是在管子截止期間讓C3放電，從而保護(hù)T7的柵極，想要可靠地工作；積分器輸入端低漏電是至關(guān)重要的，因此D4應(yīng)避免光照。穩(wěn)壓二級(jí)管D5額定值為最大可能偏壓加上少量的余量，以適應(yīng)特定設(shè)計(jì)的要求。倘若某個(gè)元件發(fā)生故障，或加以極端的測(cè)試信號(hào)，該二級(jí)管能保護(hù)輸出級(jí)免受過(guò)大共模電流的損害。

精度要求

偏置電平對(duì)晶體管對(duì)的失配和參考電流是極其靈敏的。T3、T4、T5和 T6基極—發(fā)射極電壓的匹配精度應(yīng)分別在 0.5mV以內(nèi)，選擇低Vos 4晶體管器件，如MAT04或CA3086能滿足這一要求。出于相同的理由，R6、R8與R9的匹配精度至少應(yīng)在0.5%以內(nèi)，等效發(fā)射極串聯(lián)電阻亦應(yīng)如此，而R7與R10的數(shù)值要略大于R4與R5。由于MAT04在基極與發(fā)射極之間設(shè)置有反向連接二極管，因此增加 Schottky二極管 D1和D2來(lái)保護(hù)它們。

結(jié)語(yǔ)

如果仔細(xì)地挑選輸出器件，特別是互補(bǔ)對(duì)的跨導(dǎo)和輸出電導(dǎo)，電路能取得預(yù)期的結(jié)果，例如，東芝出品的專(zhuān)用于線性應(yīng)用的互補(bǔ)對(duì)：2SK1530和2SJ201。N溝道和P溝道的跨導(dǎo)極其匹配(在5%以內(nèi))，又有較高的Early電壓(大于300V)使用的效果很好。此外，由于該電路是針對(duì)于偏置電路的，不會(huì)影響放大器的其它部分，因此可結(jié)合其它設(shè)計(jì)技術(shù)一起使用。