周静雷;张宏艳;贾保军
【摘 要】电子管功率放大器中,为了驱动互补推挽结构的功率输出电路,其前级放大电器需使用倒相电路.以电子管微变等效电路分析为基础,针对共阴武、分负载武、分压式、自平衡式4种常见倒相电路进行了理论计算,得出了单臂电压增益和双臂净输出电压增益的解析表达式,并利用仿真软件对这些结果进行了验证,为电子管前级放大器的设计提供了理论依据. 【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2010(034)011
【总页数】5页(P41-44,47)
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【关键词】微型弹簧共阴式;分负载式;分压式;自平衡式;电子管;微变等效
【作 者】周静雷;张宏艳;贾保军
【作者单位】西安工程大学,电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学,电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学,电子信息学院,陕西西安710048
【正文语种】中 文
【中图分类】TN121
1 引言
电子管功率放大器的输出电路中，主要有甲类单端和互补推挽两种电路形式。而互补推挽输出电路需要前级提供一对幅度相同，但相位相反的驱动信号，这需要前级放大器来完成。
此时，前级放大器不仅要为后级电路提供一定的电压增益，还要为后级推挽电路提供等幅、反相的驱动电压，实现倒相的功能[1]。因此，有必要对倒相器进行分析，明确其电压增益。电子管的基本参数内阻和放大倍数很容易获得，利用微变等效法可以准确地分析电路的输入级[2]，对电子管功率放大器的设计很有参考价值。 2 常用倒相电路的基本原理
为了驱动推挽输出电路，必须通过倒相电路来实现，将单端驱动电压转换为180°相位差的两路对称输出电压。通常方法是利用放大器输入与输出信号相位相反的原理获得两路输出信号。然而，倒相电路的两输出信号不仅要满足180°相位差，同时输出信号电压幅度、频率响应曲线、输出阻抗也都应完全相同。倒相电路包括变压器、阻流圈和电子管倒相电路三种类型，其中使用变压器和阻流圈的倒相电路，电路性能受变压器和阻流圈影响很大，而好的变压器和阻流圈成本较高，因此大量使用的是电子管倒相电路。常见的有共阴式、分负载式、分压式、自平衡式等4种[3-4]，应该通过合理地分析与设计，力争最大限度地满足上述要求。
3 常用的倒相电路
3.1 共阴式倒相电路
共阴式倒相电路如图1所示，V1是电压放大管，V2是倒相管，电阻R2是共用的阴极电阻，Cg是耦合电容，用以把输入的音频信号加入V2管的栅极，此电容容量较大，画交流等效图可忽略。电路阴极互相耦合，以差分形式工作，由于电阻R2阻值选用得比较大，几乎接近屏极电阻，故又称长尾式倒相器。
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图1 共阴式倒相电路
图1的微变等效电路如图2所示[5-7]，通常V1，V2参数一致，令 rp=rp1=rp2，放大系数 u=u1=u2，V1=u1·Ug1k1，V2=u2·Ug2k2，Rg1，Rg2阻值比较大，相当于输入信号源的内阻，可以忽略，而且V1，V2的负载也具有对称性，令RL=R3∥R5=R4∥R6。
滚装码头图2 共阴式微变等效电路
针对图2进行分析，得出一些重要结论。其中，对于单输入Ui1而言，计算出反相端、同相端的电压增益如下由式（1）~（2）可以看出，由于共用阴极电阻 R2，使反相端、同相端的输出电压幅度并不相等，在实际工作过程中，应选择合适的元件参数，以保证两端的输出电压幅度近似相等。
若选用共阴式倒相电路驱动后级功率放大电路，下一级电路的输出电压由其电压增益与前级两端的净输出电压共同决定，故对于单输入Ui1而言，其净输出电压增益为净输出电压与输入电压之比
故此时得到一个有价值的结论，单端输入时，净输出电压增益与共阴级放大器单管的电压
增益相等。
3.2 分负载式倒相电路
分负载式倒相电路如图3所示，V1管的作用是放大兼倒相；V2，V3是推挽放大功率管；R3是 V1的屏极负载电阻；R21，R22是 V1的阴极电阻，若 R22=R3，相当于将负载电阻分成相等的两份，分别接入电路的屏、阴级。V2管的输入由屏地之间电压提供，V3管的输入由阴地之间提供。
图3 分负载式倒相电路
图3微变等效电路如图4所示[5-7]，通常令RL=R3∥R5，V1=u1·Ug1k1。
图4 分负载式微变等效图
针对图4进行分析，得到反相端、同相端的电压放大增益如下
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由式（4）~（5）可以看出，反相端、同相端电压增益不完全相等，实际中电路参数不可能取得绝对对称，以及电子管内阻参数的影响，因此，有必要计算两端净输出电压增益
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通过式（6）可以得到一般通式，其中若电子放大管负载电阻已知为RL，则可以方便地计算出倒相电路的净输出电压增益，对后续放大电路的分析提供一定的理论依据。
3.3 分压式倒相电路
分压式倒相电路如图5所示，它与共阴式倒相电路很相似，不同的是V2管的输入电压取自V1管的输出电压在R6上压降，此电压经过V2管放大，即可实现倒相的功能，若R6阻值选取得合适，反相端、同相端就可以输出等幅、反相的电压。
图5 分压式倒相电路图
图5的微变等效电路如图6所示[5-7]，通常V1，V2参数一致， 则令 rp=rp1=rp2，u=u1=u2，V1=u1·Ug1k1，V2=u2·Ug2k2，而且 V1，V2的负载也具有对称性，令 RL1=R3∥RL2=R4∥R7，其中RL2=R5+R6。得到上下臂的电压增益
图6 分压式微变等效电路
由式（7）~（8）可以看出，反相端、同相端输出电压幅度并不相等，因为V2管的输入电
压由R6上的压降提供，电阻阻值不同，此电压值也就有差异。因此，考虑到前级电压对整体电压增益的影响，有必要讨论两端净输出电压增益公式如下
3.4 自平衡式倒相电路
分压式倒相器输出信号对称与否，其中与分压电阻的阻值和精度有直接关系，此外，当电源或管子参数发生变化时，倒相器的输出对称性与稳定性也会发生很大变化，由此对分压式倒相电路作以改进，就出现了自平衡式倒相电路如图7所示，V2的输入信号由V1的输出端R6提供，而V2的反相输出信号也同时加在R6上。可以看出，R6既是V2栅极输入信号的分压电阻，又同时是V2的输出负载电阻。
图7 自平衡式倒相电路
图7的微变等效电路如图8所示[5-7]。通常V1，V2参数一致，则 rp=rp1=rp2，u=u1=u2，V1=u1·Ug1k1，V2=u2·Ug2k2，而且 V1，V2的负载也具有对称性，令 RL1=RL2∥R3=RL3∥R4，其中 RL2=R5+R6，RL3=R7+R6。得到反相端、同相端的电压增益
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