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本帖最后由 ztmy 于 2026-1-24 16:49 编辑
倒置达林顿(CFP)的优缺点:
CFP输出级
图5.7c展示了互补反馈对(CFP)输出级结构。该架构中所有输出器件均工作于共发射极(CE)模式而非射极跟随器模式。部分设计师推崇CFP输出级,因其高度本地反馈能线性化输出级的每半侧电路[4],从而显著降低每半侧输出阻抗,进而可能减少交越失真。上下CFP级均如同具有极高跨导的超射极跟随器般工作。假设每级与输出节点间仍使用发射极电阻(RE),则输出阻抗将极低且主要取决于RE阻值。
偏置与热稳定性
CFP输出级的偏置稳定性通常优于射极跟随器输出级。这是因为CFP的偏置主要取决于驱动管(其发热量相对较低),偏置电流受输出管功耗变化的影响较小,因而能实现更精确稳定的偏置设置。正因如此,CFP结构可采用比射极跟随器更小的RE阻值即可获得足够偏置稳定性。较小RE值的应用有助于降低交越失真:由于输出级净输出阻抗减小,其动态变化对增量增益的影响也随之减弱。
最佳甲乙类偏置点与跨导倍增
得益于本地反馈作用,CFP输出级的输出阻抗远低于射极跟随器架构。这意味着输出管的re发射结交流电阻)不再是决定每半侧输出阻抗的主要因素,输出阻抗更完全由发射极电阻RE主导。这种特性使得避免跨导倍增及其引发的交越失真变得更加困难。
在射极跟随器输出级中,每个发射极电阻两端的最佳静态偏置电压Vq理想值为26mV——根据Oliver理论[3],这使gm与RE的乘积等于1。而CFP输出级中对应RE电阻的最佳Vq值仅为3.1至7.2mV(具体取决于RE在0.47Ω至0.1Ω范围内的取值)[4],对应输出管偏置电流约15-31mA。这是CFP级在给定工作电流下具有更高跨导的直接结果。为使级联跨导降至跨导倍增影响可控的水平,输出管实际上工作于"饥饿模式"。当采用多管并联时,每管仅分配该电流的若干分之一,此时输出管的特征频率fT将显著降低。
CFP结构更高的偏置精度与稳定性并未带来实质性优势:由于其交越失真对偏置设置更为敏感,反而需要更精密控制来抑制失真。输出级每半侧的高跨导特性使CFP的交越区域更窄且更陡峭,这意味着将产生更高阶的交越失真产物。
尽管单级CFP确实比双级射极跟随器更具线性这一论断成立,但对于由互补CFP对构成的甲乙类输出级而言,该优势在多数实际工况下会因跨导倍增现象而失效。
高频稳定性
第二个主要问题涉及高频稳定性。CFP在所有条件下都 notoriously(以难以稳定著称)。这是由于CFP反馈环路产生的大量本地反馈所致。其环路增益是负载阻抗以及输出晶体管β、fT和Ccb的函数。这些架构也可能更容易受到容性负载等失稳因素的影响。CFP通常需要某种本地反馈补偿网络。
CFP输出级中的关断问题
传统CFP输出级在导通时毫无问题——驱动管可从基极抽取大量电流实现导通。然而,CFP在快速关断方面存在能力局限:关断电流仅能由图5.7c中的R1和R2提供(仅7mA可用),这些电阻两端电压永远不会超过输出管的Vbe。这与射极跟随器输出级形成鲜明对比——在Locanthi T电路[1]中,输出级相反半侧的电流会在驱动管发射极电阻上产生更大压降。CFP输出级几乎无法改善关断特性:例如射极跟随器输出级有时采用的加速电容在此无法使用。因此CFP通常关断更慢,且更容易出现高频开关失真与共模导通(直通)现象。
CFP输出级中的驱动管不工作于甲类状态,这进一步加剧了该结构的劣势。
CFP输出级中的米勒效应
工作于共发射极模式(CE)的输出器件,其集电结电容会在CFP结构中引发米勒效应。小信号效应表现为降低CFP带宽并对反馈环路产生部分补偿;大信号效应则因输出管Ccb的非线性特性导致高频失真。更值得注意的是,米勒效应还存在阻碍关断过程的大信号行为:当总Ccb为500pF且输出电压压摆率为50V/µs时,产生的电流将达到25mA——该值常超过流经基极-发射极电阻的电流。
CFP三重结构
与简单达林顿输出级类似,传统双晶体管CFP结构的电流增益不足,无法通过减轻VAS负载实现真正的高性能。正如射极跟随器存在三重结构,CFP同样可构建三重架构。虽然存在多种三管CFP集成方案,但最安全直接的方法是在CFP前级增加射极跟随预驱动级。该方案会使所需偏置扩展电压增加两个Vbe,但不会改变CFP的任何稳定性或跨导特性。
CFP退化效应
截至目前所述的CFP输出级均未在驱动管或输出管中采用发射极退化电阻。这种设计是CFP实现高跨导的部分原因。若在每个晶体管中加入适量发射极退化电阻,可降低CFP环路增益,并在给定偏置电流下获得更小的跨导值。典型设计会在驱动管发射极使用100Ω电阻,并在输出管发射极设置与RE同阻值的电阻。需要注意的是,当采用并联输出管时,CFP输出管必须使用发射极退化电阻。 |
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