王齐祥

【提要】大环路负反馈声频功率放大器（简称功放）中的某些环节进入饱和状态时，在一定条件下，由负反馈形成的误差电压会驱使甲乙类互补对功率管瞬间全导通，从而危及到功放的安全．有必要采取措施防止这种事态发生。

随着音响技术的发展，声频功率放大器的技术已发展得相当成熟，尤其是大环路负反馈功放，其各项指标可以做得非常奸。例如失真、频响等指标都是各种开环电路所不可企及。但是，大环路也掩盖着一些重要的问题，诸如稳定性、瞬态响应速度等已为大家所重视。笔者在工作中发现，在一定条件下，电路进入饱和也会引起一些在表面上看不出的问题，需要深入环路内部进行探索。

一、问题的发现

有的大功率功放使用时会遇到下列异常现象：

如果系统发生声反馈啸叫，会导致功放的短路保护电路动作而进入保护状态，即使把保护电路的门槛调高许多(高于短路电流)也不能避免：有些功放还会因此而损坏；有的功放工作在削波状态时，即使负载开路，温升也会很厉害；在通频带高端加入大信号时温升异常；短路保护电路很容易动作……。

按常理，声反馈啸叫时，系统虽属满负荷，但由于削顶，功率管的损耗理应不十分过分，应不至于损坏；而短路保护门槛超量调高以后，正常满载电流应无由越过；负载开路时功率管几乎没有电流通道，没有理由引起异常的温升。据此，功放内部必有异常的、绕过负载的寄生通道才会发生上述现象。

为了证实是否存在异常的电流通道，我们检测功率输出级的射极电流，发现在饱和状态下，确有异常现象，其波形如图l所示。图中饱和线以上的尖峰表明，在退出饱和的瞬间，出现一个远大于饱和电流的尖峰；而在0线上的尖峰则说明即使在功率管截止期间也有大的尖峰电流发生。从相位上看，后者显然对应于互补对的另一只管退出饱和的时间。由此可见，功率互补对在退出饱和的瞬间，出现了全导通现象。在负载开路时也有这种全导通现象发生，其波形如图2所示。由此可见，正是由于输出互补对管的全导通，才导致短路保护动作和异常温升。

二、原因分析

为什么会出现互补对管全导通现象呢?。这应是大环路负反馈调节以及放大管基区电荷效应共同作用的结果。

以正弦激励乙类推挽为例，功放进入饱和时(通常是末前级—推动级率先饱和)，输出互补对的工作波形将如图3所示。图中曲线1为正弦激励信号。为便于讨论，首先假设大环路负反馈端尚未闭合，则由于基区电荷效应，放大管从饱和状态退出时，将会发生较为显著的时延，见图3中的曲线2。由此将形成误差电压3。闭环后，由于反馈调节作用，输出曲线2将逼近曲线1(饱和部分除外)，结果加到互补对上的误差电压将如曲线4(其平坦的顶部是由于前级饱和形成的)。显然，误差电压4中的尖峰必将驱使互补对的另一端导通。本来该尖峰应使本端截止，但由于基区电荷效应而来不及截止，于是形成了互补对管全导通现象(在当前条件下，惟其如此调节才会有效)。当负载开路时，末前级仍然会饱和，所以仍然会在正半周出现负尖峰激励，而负半周会出现正尖峰激励。

如上所述，互补对全导通是由于功率管退出饱和时有显著的时延，逼使环路自我调节而发生的。因此，由各种原因引起的这一类时延都有可能引发类似效果。当工作频率较高时，速度相对较低的功率管就会发生这种现象。

三、解决办法

综上所述，要想解决互补对管全导通问题，可以从几方面来着手：

1．选用高速放大管，避免时延。

2．设法防止放大管进入深度饱和状态。例如在如下放大电路中，将推动级三极管的基极和集电极之间接入钳位二极管，以保证功率管不进入饱和状态(如图4)。图中基极上的二极管起电子转移作用，以保证功率管集电结不会正偏(二极管的速度和耐压须足够)。这对于现成的、有此种隐患的设备，不失为一种易行的权宜办法。

3．选用适当的功放电路。

例如，图5所示的输出级的饱和特性就会比图4好。这种电路形式是目前功放的主流放大电路，主要是由于它的输出对管的基极交流等电位，亦即驱动信号相同；而图4中的输出对管的基极驱动信号并不相同，它可能存在着由推动级传过来的全导通信号，故而会进入全导通状态。(这种电路的一个最大的优点是，由于功率管集电极全部接地，所以无须在功率管和散热器之间加绝缘片，这样会更有利于散热)。但是，如果图5中前级放大的供电比输出级供电高，驱动信号足以使输出管集电结正偏而进入饱和状态，则该电路亦会出现全导通现象。

4．解决互补对管全导通的办法还有很多，比如适当调整推动级的负载电阻，使之不易饱和：在三极管的驱动回路中加入加速电容来加速三极管退出饱和：在环路的前端加压限电路避免大功率级进入饱和…等等。

最后要说明的是，即使不存在输出管全导通问题的功放，功放的各级放大管也最好避免进入深度电压饱和，这对功放总是有利的。