本文主題是圖解經(jīng)典電路之OCL差分功放，通過圖文這種分析的方式能夠有效減少面對(duì)復(fù)雜電路時(shí)的恐懼感。整個(gè)OCL電路可以等效為一個(gè)大功率的運(yùn)放，如何消除大功率三極管的交越失真。又如何通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態(tài)偏置電流。想獲得更大的功率，那么可以通過并列功率管子的方式實(shí)現(xiàn)。

來詳細(xì)講解一些經(jīng)典的電路，跟大家一起進(jìn)步。另外，雖然我已經(jīng)轉(zhuǎn)做軟件了，但是對(duì)硬件的愛絲毫不會(huì)減少，請(qǐng)大家放心。朋友們有什么經(jīng)典電路想了解也可以私信我，如果感興趣的人比較多的話，我也會(huì)擠時(shí)間單獨(dú)出一期文章來講解。你們的支持是我前進(jìn)的動(dòng)力，一起加油。剛把得。（寫到最后，都要呼吸困難了，求贊，求安慰。））

好了，廢話不多說，第一期圖解電路圖系列，我們來講解一個(gè)非常經(jīng)典的OCL差分功放電路。學(xué)模擬的朋友都知道，多數(shù)入門模擬的新人第一個(gè)小作品基本就是電源啊，功放啊這些比較簡(jiǎn)單，又比較實(shí)用的電路。所以，這里第一個(gè)電路就選了這個(gè)經(jīng)典的功放電路?？磮D。

（圖一 完整 OCL差分放大電路）

看到這個(gè)電路圖，可能一些剛?cè)腴T的朋友會(huì)有點(diǎn)蒙。不用怕，只要心里默念OCL大法好，就能看懂了。哈哈，開個(gè)玩笑啦。現(xiàn)在開始帶大家一起來分析這個(gè)電路。我的方式是從簡(jiǎn)到難，從框架到細(xì)節(jié)這樣的順序來講解電路，先講框架，然后逐漸加添加電路細(xì)節(jié)，所以大家跟上思路。

（一）第一步，盡可能的抽象這個(gè)電路圖，會(huì)等效成什么樣子那？

（圖二 OCL等效電路）

對(duì)，就是上面這個(gè)電路，整個(gè)OCL電路可以等效為一個(gè)大功率的運(yùn)放，加上幾個(gè)電阻電容構(gòu)成了一個(gè)同向放大器，就是這么簡(jiǎn)單。為了便于理解，我把等效電路中電阻電容的編號(hào)也跟原圖中對(duì)應(yīng)起來了，大家看出區(qū)別和聯(lián)系來了嗎？所以整個(gè)功放的增益怎么算？截止頻率怎么算？是不是很簡(jiǎn)單？什么，你不懂運(yùn)放？來來來，打開電腦，打開瀏覽器，調(diào)出收狗輸入法，輸入“清華大學(xué)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”，先從頭看一遍。什么，你看不懂？好吧，出門右轉(zhuǎn)，那邊工地上還在招搬磚工，快去報(bào)名吧。晚了來不急了老哥！好了， 如果上面的等效電路你能夠看明白，那么這個(gè)OCL電路你也就弄明白了，當(dāng)然，除了一點(diǎn)具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)還需要跟你講解一下。來來來，我們一步步還原上面的完整電路。

（二）實(shí)際的運(yùn)放功率不夠大怎么辦？ 你首先想到的是什么？ 沒錯(cuò)，后級(jí)加上大功率三極管。看下圖。

（圖三 使用圖騰柱提高輸出功率）

如上圖，在運(yùn)放的后級(jí)加上一級(jí)圖騰柱來提高功放的輸出功率，什么，你問我為啥后面的兩個(gè)三極管Q1，Q2叫做圖騰柱？呵呵，鬼知道，可能是因?yàn)閳D騰象征著力量吧，這兩個(gè)三極管給了你力量咯。眼尖的小伙伴開始抱怨了，親，你這個(gè)電路不科學(xué)啊，后面圖騰柱的兩個(gè)基極直接接在一起會(huì)有交越失真的幺。

沒錯(cuò)，少年。確實(shí)會(huì)存在交越失真，我們要保證兩個(gè)三極管時(shí)刻處于導(dǎo)通狀態(tài)，怎么辦吶？當(dāng)然是給兩個(gè)三極管都提供一個(gè)維持導(dǎo)通的偏執(zhí)電壓嘍?？聪聢D。

（三）消除大功率三極管的交越失真

（圖四 通過添加偏置電壓，消除功率三極管的交越失真）

這個(gè)時(shí)候又有人開始吐槽了，加偏置電壓我懂，但是為啥加了個(gè)三極管Q3來提供偏置那？哈哈，這就要說道這個(gè)傳說中的倍壓電路了。我們只看Q3，R4，R5，請(qǐng)告訴我Q3集射極之間電壓是多少？如果忽略三極管基極電流的話，是不是Vce=Vbe*（R4/R5+1）對(duì)不對(duì)？這樣我們?nèi)绻裄4換成一個(gè)電位器是不是就可以調(diào)節(jié)Q3兩端的電壓了？這個(gè)可調(diào)電壓正好提供給Q1，Q2作為偏置電壓。當(dāng)然，因?yàn)槿龢O管IC-Vbe傳輸特性曲線非常陡，偏置電壓稍大一點(diǎn)，集電極電流就會(huì)爆漲，所以，為了能夠更方便的調(diào)節(jié)偏置電壓，我們會(huì)在Q1，Q2發(fā)射極之間串聯(lián)一個(gè)小的反饋電阻，如下圖。R8，R9作為發(fā)射極反饋電阻來維持Q1，Q2空載偏置電流在一個(gè)比較小的量級(jí)上，減小空載功耗，減小發(fā)熱。

（四）通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態(tài)偏置電流

（圖四 通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態(tài)偏置電流）

小伙伴們這個(gè)時(shí)候高興了，看上去現(xiàn)在這個(gè)電路已經(jīng)可以工作了，沒啥大毛病，然而讓我們算一筆賬，如果設(shè)計(jì)最大輸出功率為20W，喇叭阻抗8歐姆，那么功率三極管輸出最大電壓17.9V，最大電流將要達(dá)到2.236A，如果假定Q1，Q2的增益為50（在大電流的時(shí)候，三極管的增益會(huì)大大降低），那偏置電路要提供最大電流為44.7mA，然而看圖中，R6，R7加上倍壓電路流過的最大電流也就2.34mA，所以偏置電路根本無法提供這個(gè)大的電流，所以我們有必要在功率放大級(jí)之前再加一級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。給功率級(jí)提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，如下圖。

（五）給功放級(jí)添加前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路

（圖五 跟功率三極管增加前置驅(qū)動(dòng)電路）

看到?jīng)]，紅框里面就是為驅(qū)動(dòng)后級(jí)的大功率三極管增加的前置驅(qū)動(dòng)電路，可以看出，增加Q1來驅(qū)動(dòng)Q4，Q2驅(qū)動(dòng)Q5，并且把后級(jí)的偏置電路移到前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路中去了，因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路采用的是設(shè)計(jì)跟隨器的結(jié)構(gòu)，所以可以這樣做，Q4，Q5基極偏置電壓仍然可以通過倍壓電路控制，只不過這個(gè)時(shí)候的倍壓電路Q3集射極之間的電壓要包括驅(qū)動(dòng)級(jí)Q1，Q2的偏置電壓，所以VceQ3= 4* Vbe。并且在Q1Q2基極之間加上了一個(gè)電容，這是為了保證交流信號(hào)流過時(shí)，Q1，Q2基極看到的交流阻抗相等（說白了就是電容C3把Q1，Q2基極交流短路了，所以看到的的交流阻抗肯定一樣?。?/p>

實(shí)際上，到此為止，這個(gè)電路已經(jīng)可以實(shí)際工作了，當(dāng)然還需要在各路電源上添加必要的濾波電容。但是那，由于受到運(yùn)放價(jià)格，運(yùn)放最大工作電壓，以及模擬發(fā)騷友不斷發(fā)騷精神的影響，很多成品電路并不會(huì)采用運(yùn)放作為前級(jí)電壓放大的，所以接下來，我們看看一看如何用三極管實(shí)現(xiàn)電壓放大。說白了，要模擬運(yùn)放，就需要提供一個(gè)非常大的開環(huán)電壓增益，然后通過反饋電阻穩(wěn)定實(shí)際的放大倍數(shù)。

（六）用兩級(jí)共射放大器實(shí)現(xiàn)電壓放大

（圖六 共射放大器實(shí)現(xiàn)電壓放大的功放電路）

如上圖，主要增加了兩級(jí)共射級(jí)放大電路，Q6作為第一級(jí)電壓放大，并且在其發(fā)射極加上反饋電阻，R2主要給Q6提供靜態(tài)電流，對(duì)于交流信號(hào)，C5近似短路，所以R2并聯(lián)R13，與C2，R3構(gòu)成反饋，來控制整個(gè)環(huán)路的增益，另外需要注意的一點(diǎn)是，因?yàn)槭褂昧藘杉?jí)共射放大器，Q7集電極的靜態(tài)電壓不為0，所以放大后的電壓信號(hào)需要經(jīng)過C4交流耦合到后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路，有時(shí)候，我們并不希望中間環(huán)節(jié)通過電容耦合信號(hào)，這樣容易導(dǎo)致低頻信號(hào)的丟失，以及相位偏轉(zhuǎn)，引起電路自激。這個(gè)時(shí)候，就到了那個(gè)牛逼哄哄的差分放大電路出場(chǎng)了。

（七）差分電路作為第一級(jí)放大

（圖七 差分放大器作為第一級(jí)放大電路）

如上圖就是在第一級(jí)放大電路中加入差分放大器，因?yàn)椴罘址糯螅瑑蓚€(gè)管子Q6， Q7基極虛短，且Q6的基極已地作為參考，另外反饋電阻R3直接接到了Q7的基極，這樣輸出端電壓就被整個(gè)環(huán)路控制到跟Q6輸入端電壓一致le（Q6端是參考地電平，所以輸出端被控制為0V），差分放大后再通過一級(jí)共射放大，來獲得更高的增益，輸出直接耦合給后級(jí)驅(qū)動(dòng)電路。這樣，我們就用三極管放大器完美的模擬了運(yùn)放。但是，等等，我們真的完美的模擬了運(yùn)放嗎？不，答案是否定的，因?yàn)楝F(xiàn)在的工藝，隨便一個(gè)運(yùn)放，開環(huán)增益都已經(jīng)達(dá)到10^6了，加上反饋電路，整個(gè)電路的增益可以很精確的被設(shè)計(jì)，但是我們上面這個(gè)電路的開環(huán)電壓增益明顯不夠，可能同學(xué)們要說了，增益不夠就多加幾級(jí)唄。童鞋，你很聰明嘛。但是級(jí)數(shù)太多很容易導(dǎo)致系統(tǒng)自激，并且也不方便調(diào)試。那還有沒有方法在不增加放大器級(jí)數(shù)的前提下，提高增益那？ 當(dāng)然有，我們偉大的工程師早就設(shè)計(jì)出了更加狂拽炫酷吊炸天的電路。那就是有源負(fù)載，哈哈，現(xiàn)在我們 的電路越來越像原始的OCL電路了，兄弟們，剛把得。

（八）使用有源負(fù)載，提高放大器的電壓增益。

（圖八 增加有源負(fù)載提高放大器增益）

如上，在驅(qū)動(dòng)級(jí)加入了電流源作為有源負(fù)載，大大提高了驅(qū)動(dòng)級(jí)的電壓增益。在差分電路集電極部分加入鏡像電流源，一方面作為有源負(fù)載使用，另一方面，兩個(gè)分支互為鏡像，電壓增益變?yōu)閱芜呍鲆娴膬杀?，而差分電路電路的下方替換為標(biāo)準(zhǔn)的電流源，保證兩個(gè)分支總電流的穩(wěn)定。加入了這幾部分之后，整個(gè)電路的開環(huán)增益將約等于兩級(jí)放大器三極管ft相乘，假設(shè)使用的是S8050三極管，增益約等于為300，所以整個(gè)電路的開環(huán)增益Go=300*300=90000，這對(duì)于功放電路來說已經(jīng)完全夠用了。到目前為止，仿佛一切具備了？是的，從理論上來說，仿佛一切都o(jì)k了。然而，理想太豐滿，顯示很骨感，還要考慮電路的穩(wěn)定性啊老鐵， 環(huán)路增益這么大，輸出功率這么大，電源電壓肯定要抖起來了幺，很容易自激，所以我們有必要把前級(jí)電壓放大和后級(jí)功放放大隔離開，否則功率一大就要自激了。如下圖，我們?cè)黾?a target="_blank">DC隔離電路。

（九）增加前后級(jí)隔離電路，防止自激。

（圖九 增加隔離電路，將前后級(jí)電源分開）

如上，通過一個(gè)二極管將前后級(jí)電源分開，當(dāng)后級(jí)電壓突然大幅下降的時(shí)候，二極管D3，D4不導(dǎo)通，電容C2，C5給前級(jí)供電，當(dāng)后級(jí)電壓恢復(fù)以后，通過二極管直接給前級(jí)供電，并給電容充電，由于前級(jí)需要的電流非常小，所以電容C2，C5上的電壓基本維持在電源最高電壓上，不會(huì)隨著后級(jí)電壓大幅度波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了隔離的作用。然后，然后，然后還沒有完，因?yàn)槭褂昧硕嗉?jí)電路結(jié)構(gòu)，所以有必要做一些相位補(bǔ)償。如下圖

（十）增加相位補(bǔ)償電容

（圖十 增加相位補(bǔ)償電容）

可能很多朋友不知道為啥要加這個(gè)電容，原因是多級(jí)放大器，信號(hào)經(jīng)過每一級(jí)放大器都會(huì)有個(gè)相移，尤其對(duì)于高頻信號(hào)，這個(gè)相移會(huì)更加明顯，如果相移累加到180，那么負(fù)反饋就變成了正反饋，整個(gè)電路就要自激了，燒管子分分鐘的事情。圖中在三極管的共射放大器的基極和集電極直接跨接一個(gè)pF級(jí)的小電容，因?yàn)楣采浞糯笃鞯睦碚撓嘁剖?80度，但是高頻信號(hào)會(huì)被補(bǔ)償電容旁路，使相移減小，從而避免整個(gè)環(huán)路相移累加到180度，然后自激。所以，這個(gè)電容還是很有必要的。到現(xiàn)在，整個(gè)電路就完美了。如果你想獲得更大的功率，那么可以通過并列功率管子的方式實(shí)現(xiàn)，如下圖。這就跟開始的OCL完整電路圖完全一樣了。

（十一）并聯(lián)功率管，實(shí)現(xiàn)更大輸出功率

（圖十一 并聯(lián)功率管，實(shí)現(xiàn)更大輸出功率）

如上圖，在輸出端，通過并聯(lián)功率管實(shí)現(xiàn)更大功率的輸出，但是要注意的一點(diǎn)是，因?yàn)槿龢O管是正溫度系數(shù)的器件（也就是溫度越高，同樣的集電極電流需要的基極電壓越小，換句話說，保持Vbe不變，溫度升高---》集電極電流增加---》溫度繼續(xù)升高---》集電極電流繼續(xù)增加---》GameOver 這很很容易導(dǎo)致管子燒毀），所以，并聯(lián)管子的時(shí)候，務(wù)必要在三極管的輸入端分別串聯(lián)一個(gè)數(shù)十歐的電阻，來實(shí)現(xiàn)多個(gè)并聯(lián)管子的電流均衡，防止一個(gè)管子電流過大。