光电耦合电流偏置电路仿真报告

向前 · 发表于 2006-4-25 15:11

光电藕合电流偏置电路是一种适用于功率放大器输出级的偏置电路，具有许多优点。为了能全面了解光电耦合电流偏置电路的性能，利用Multisim 9对这个电路仿真，以便对这个电路的性能、适用条件及电路参数的调整有更深入的认识，为设计人员提供参考。
仿真电路如图1，这是一个二级达林顿的输出级，如果把Q1、Q2用达林顿管替代就可以得到三级及更多级达林顿输出级电路，对于三级及更多级达林顿输出级的仿真结果与二级达林顿输出级的仿真结果相同。换句话说这个电路适用于任合级数的达林顿输出级而性能不变。所以这里只给出图1的仿真结果。Q3、Q4的放大系数大于10，光电耦合器的电流比大于１的比较好，如果偏差太大可调整电阻R1加以补尝。

光电耦合电流偏置电路仿真报告

１、电路工作原理
三极管Ｑ3、Ｑ4对功放管基极电流取样，通过光电耦合器反馈到推动管的基极，达到偏流的自动控制。根据节点电流定律，Ｑ5的基极电流等于Ｑ4基极电流加上Ｒ4电流减去Ｒ6电流。Ｑ6的基极电流等于Ｑ3基极电流加上Ｒ5电流减去Ｒ7电流。静态时，若Ｑ5、Ｑ6的基极电流↑则，Ｑ3、Ｑ4的集电极电流↑，光电耦合器电流↑，偏置电压↓，Ｑ3、Ｑ4发射极电流、基极电流↓Ｑ5、Ｑ6基极电流↓。通过这样的负反馈机制，保持输出电流的稳定。当输出正半周时，Ｑ4管饱和导通，Ｑ6管输出电流。Ｑ3管工作在放大状态依然能维持上面的负反馈机制，从而使Ｑ6管的电流基本不变不会被关断。当输出负半周时，　　Ｑ3管饱和导通，Ｑ6管输出电流。Ｑ4管工作在放大状态依然能维持上面的负反馈机制，从而使Ｑ5管的电流基本不变不会被关断。
２、静态偏流的调整
Ｑ5、Ｑ6的基极电流主要是Ｒ4、Ｒ5的电流，调整Ｒ4、Ｒ5可以设定偏流大小，偏流大小与Ｑ4、Ｑ5的阻值成反比。因为电路的偏流由输出电流较大的一侧决定，所以把Ｒ５设为10kΩ，对Ｒ4在较小阻值范围内进行参数扫描就可以得到电阻与偏流的关系。为了使输出电压与电流有真接的对应关系，把Ｒ10设为1Ω并把负电源作为参考节点，如图２。　
　

光电耦合电流偏置电路仿真报告

图3是对电阻Ｒ4的参数扫描结果，输出点是Ｑ6的集电极，（下文中如不作特别说明，参数扫描的输出点都是Ｑ6的集电极）从图中可以看出，当Ｒ4从200Ω到3.2k偏流从350mＡ降到25mＡ，偏流与Ｒ4成反比，阻值增加一倍，偏流减小一倍。

光电耦合电流偏置电路仿真报告

6092793 · 发表于 2006-4-26 18:20

学习。。。。。。

tzx100 · 发表于 2006-4-26 13:01

好文,顶!

enjee · 发表于 2006-4-26 12:36

<DIV>绝对精华的文章,谢谢</DIV>

向前 · 发表于 2006-4-26 00:11

光电耦合电流偏置电路仿真报告

向前 · 发表于 2006-4-25 23:59

4、工作状态
电路的工作状态由静态电流大小和电容Ｃ2的容量调整，不同的静态电流和不同的Ｃ2容量可以有非常多的组合。这里我们选择有代表性的几种组合加以分析，其它的组合都是介于这三者之间的情况。为了监测输出管的工作状态，在输出管的集电极串入取样电阻Ｒ9、Ｒ10阻值0.1Ω，每mv压降相当于10ma电流。通过示波器来监测输出管的电流。以下波型图都是Ｒ9、Ｒ10的电压波型。
１．准乙类偏置，这种偏置的静态电流很小，大约几到十几毫安左右，Ｃ2取100uf，输出管的电流波型如图5所示。这种工作状态与一般的甲乙类偏置相似，输出管被管断。但是其偏流会随输出电流的增加而增加，不过增加的比例很小。这种偏置具有最高的效率。

２、超甲类偏置，这种偏置的静态电流在几十到一百五十毫安左右，Ｃ2取100pf，这是理想的超甲类偏置，当输出管的电流减小到一定值时（静态电流值）就会基本保持不变，输出管在任何时候都不会被管断，能有效的避免开关失真。输出管的电流波型如图6所示。这是静态电流80ma、20khz、50v、4Ω时的波型。

3、滑动甲类偏置，这种偏置的静态电流在200毫安到500毫安左右，Ｃ3取100uf。这是理想的滑动甲类偏置，静态电流会随输出电流的增加而增加，　　图7a中，静态电流是261毫安，纯甲类输出电流达到3安是普通甲类电路的6倍。而最大甲类输出电流达到5.5安，如图7b。如果输出电流增加，甲类输出电流还会增加。电路的反应时间取决于Ｃ2的容量，Ｃ2的容量大，电路的反应时间大于１/20秒时，在整个音频范围内，都工作在滑动甲类状态，当电路的反应时间小于１/20秒时，电路在高频时工作在滑动甲类状态，低频时工作在超甲类状态。图7c显示了电路的反应时间是1.9ms秒，这时的Ｃ3值是10uf。

locky_z · 发表于 2006-4-25 23:27

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>这个电路的确简单可行，值得推广。

xmlhifi · 发表于 2006-4-25 22:58

光耦有个重要参数:电流传输率.如PC817就依据电流传输率的大小分为ABCD四种,我做开关电源时要求必须用PC817A,其他BCD的不行.

xmhdxx · 发表于 2006-4-25 22:48

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>顶楼主,我正想用光藕来稳定我的MJ11032/11033呢.

loulou21 · 发表于 2006-4-25 16:27

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>贸易全球化，价值最大化
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> http://china.53trade.com?lms0425

boxman · 发表于 2006-4-25 15:32

好文,顶!

向前 · 发表于 2006-4-25 15:27

３、温度特性
温漂是输出级的一个老问题，我们分两种情况来讨论，一种是不加热补偿的情况，一种是加热补偿的情况。对于第一种情况我们只更变输出管的温度，其它电路的温度保持不变。也就是对输出管的温度参数扫描。因为不能同时扫描两只输出管的参数，我们还是采用上面的办法，把把Ｒ5设为10kΩ，Ｒ4设为1kΩ，这时电路的偏流由Ｑ5决定，我们对Ｑ5的温度扫描就可以了。图4a是对　　Ｑ5温度扫描的结果。第二种情况我们只要做一个全局的温度扫描就可以了。图4b是全局温度扫描的结果。从结果看整个的温漂是线性的，在不加补偿的情况下在0－100度内的总温漂不超过2％，考虑到不同输出管的温度特性会有所不同，但最坏的情况下也不会超过30％，在加有热补偿的情况下呈负温度特性，在0－100度内的总温漂为－30％左右。在实际的应用中，在不做热补尝的情况下，由于偏置电路与输出管在同一个环境中，它们的温度差一般不会超过50度。在不用热补偿的情况下就可以把总温漂控制在15％以内。所以温漂在这里以经不是一个问题，

光电耦合电流偏置电路仿真报告

向前 · 发表于 2006-4-28 22:17

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>以上三种类型的偏置是典型的偏置，在实际应用中可根据具体情况来调整。<o:p></o:p>
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>下面我们来看一下输出管没有射极电阻的情况，在这种情况下因为三极管发射结呈指数的伏安关系，在很小的偏流下就可以有很大的甲类输出电流，再加上滑动甲类电路的帮助，可以在很小的偏流下就可以有满功率的甲类输出，并且由于输出管的压降增加的很小，电路的反应时间也相应减小，可做到在任何时候输出管都不会关断。因为输出管的射极电阻是用来均流和减小温漂的，对于光电耦合电流偏置电路，在只有一对输出管的情况时完全不需要射极电阻的，所以这是一种值得推荐的电路。图8是这种电路的输出管电流波型，静态偏流160ma，　　Ｃ3　100uf，输入50v、20khz，峰值电流11Ａ。可以看出电路的反应时间是11ms，但是在最开始时，输出管也没有关断，也就是说电路在任何时刻都是甲类状态。
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>5效率<o:p></o:p>
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>该电路的总功耗＝纯乙类功耗＋静态功耗。举例说明，一个正负50v供电的放大器，如果在4Ω负载上输出峰值电压20伏的正弦波，纯乙类放大器的电源平均电流是5×0.637＝3.18Ａ，总功耗50×3.18＝159Ｗ，输出功率　　　　　　（5×0.707）2×4＝50Ｗ，效率50/159＝31.4％。对于静态电流是100ma的光电耦合恒流偏置放大器，输出相同的功率，总功耗159＋10＝169Ｗ，效率50/169=30%。<o:p></o:p>
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lltnt · 发表于 2008-11-13 20:08

Q5，Q6具体用的是什么管子？

millwood · 发表于 2008-11-13 20:35

it is a noval idea to use opto couplers to detect OPS current - thouse it would have been better if the sampling is done on the output devices directly, as supposed on the drivers as shown.

basically, you use the Re resistors as sample resistors for OPS current. Rd/R1/Cd/Opt form the rest of the sampling circuit. Rd/R1 determines the gain on the input, Cd smoothes out the a/c transit.

Rt/Opt forms the feedback loop. and with Rd/R1/Rt you will determine the temperature coefficient of the compensation loop.

will this work in your simulation?