廢話不多說，第一期圖解電路圖系列，我們來講解一個非常經典的OCL差分功放電路。學模擬的朋友都知道，多數入門模擬的新人第一個小作品基本就是電源啊，功放啊這些比較簡單，又比較實用的電路。所以，這裡第一個電路就選瞭這個經典的功放電路，看圖。

（圖一 完整 OCL差分放大電路）

看到這個電路圖，可能一些剛入門的朋友會有點蒙。不用怕，隻要心裡默念OCL大法好，就能看懂瞭。哈哈，開個玩笑啦。現在開始帶大傢一起來分析這個電路。我的方式是從簡到難，從框架到細節這樣的順序來講解電路，先講框架，然後逐漸加添加電路細節，所以大傢跟上思路。

（一）第一步，盡可能的抽象這個電路圖，會等效成什麼樣子那？

（圖二 OCL等效電路）

對，就是上面這個電路，整個OCL電路可以等效為一個大功率的運放，加上幾個電阻電容構成瞭一個同向放大器，就是這麼簡單。為瞭便於理解，我把等效電路中電阻電容的編號也跟原圖中對應起來瞭，大傢看出區別和聯系來瞭嗎？所以整個功放的增益怎麼算？截止頻率怎麼算？是不是很簡單？什麼，你不懂運放？來來來，打開電腦，打開瀏覽器，調出收狗輸入法，輸入“清華大學模擬電子技術基礎”，先從頭看一遍。什麼，你看不懂？好吧，出門右轉，那邊工地上還在招搬磚工，快去報名吧。晚瞭來不急瞭老哥！好瞭， 如果上面的等效電路你能夠看明白，那麼這個OCL電路你也就弄明白瞭，當然，除瞭一點具體的實現細節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）實際的運放功率不夠大怎麼辦？ 你首先想到的是什麼？ 沒錯，後級加上大功率三極管。看下圖。

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（圖三 使用圖騰柱提高輸出功率）

如上圖，在運放的後級加上一級圖騰柱來提高功放的輸出功率，什麼，你問我為啥後面的兩個三極管Q1，Q2叫做圖騰柱？呵呵，鬼知道，可能是因為圖騰象征著力量吧，這兩個三極管給瞭你力量咯。眼尖的小夥伴開始抱怨瞭，親，你這個電路不科學啊，後面圖騰柱的兩個基極直接接在一起會有交越失真的幺。

沒錯，少年。確實會存在交越失真，我們要保證兩個三極管時刻處於導通狀態，怎麼辦吶？當然是給兩個三極管都提供一個維持導通的偏執電壓嘍。看下圖。

（三）消除大功率三極管的交越失真

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（圖四 通過添加偏置電壓，消除功率三極管的交越失真）

這個時候又有人開始吐槽瞭，加偏置電壓我懂，但是為啥加瞭個三極管Q3來提供偏置那？哈哈，這就要說道這個傳說中的倍壓電路瞭。我們隻看Q3，R4,R5，請告訴我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)對不對？這樣我們如果把R4換成一個電位器是不是就可以調節Q3兩端的電壓瞭？這個可調電壓正好提供給Q1,Q2作為偏置電壓。當然，因為三極管IC-Vbe傳輸特性曲線非常陡，偏置電壓稍大一點，集電極電流就會爆漲，所以，為瞭能夠更方便的調節偏置電壓，我們會在Q1,Q2發射極之間串聯一個小的反饋電阻，如下圖。R8,R9作為發射極反饋電阻來維持Q1，Q2空載偏置電流在一個比較小的量級上，減小空載功耗，減小發熱。

（四）通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態偏置電流

（圖四 通過添加反饋電阻限制Q1Q2的靜態偏置電流）

小夥伴們這個時候高興瞭，看上去現在這個電路已經可以工作瞭，沒啥大毛病，然而讓我們算一筆賬，如果設計最大輸出功率為20W，喇叭阻抗8歐姆，那麼功率三極管輸出最大電壓17.9V，最大電流將要達到2.236A，如果假定Q1,Q2的增益為50（在大電流的時候，三極管的增益會大大降低），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大的電流，所以我們有必要在功率放大級之前再加一級驅動電路。給功率級提供足夠的驅動電流，如下圖。

（五）給功放級添加前級驅動電路

（圖五 跟功率三極管增加前置驅動電路）

看到沒，紅框裡面就是為驅動後級的大功率三極管增加的前置驅動電路，可以看出，增加Q1來驅動Q4，Q2驅動Q5，並且把後級的偏置電路移到前級驅動電路中去瞭，因為驅動電路采用的是設計跟隨器的結構，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，隻不過這個時候的倍壓電路Q3集射極之間的電壓要包括驅動級Q1，Q2的偏置電壓，所以VceQ3= 4* Vbe。並且在Q1Q2基極之間加上瞭一個電容，這是為瞭保證交流信號流過時，Q1，Q2基極看到的交流阻抗相等（說白瞭就是電容C3把Q1,Q2基極交流短路瞭，所以看到的的交流阻抗肯定一樣啊）

實際上，到此為止，這個電路已經可以實際工作瞭，當然還需要在各路電源上添加必要的濾波電容。但是那，由於受到運放價格，運放最大工作電壓，以及模擬發騷友不斷發騷精神的影響，很多成品電路並不會采用運放作為前級電壓放大的，所以接下來，我們看看一看如何用三極管實現電壓放大。說白瞭，要模擬運放，就需要提供一個非常大的開環電壓增益，然後通過反饋電阻穩定實際的放大倍數。

（六）用兩級共射放大器實現電壓放大

（圖六 共射放大器實現電壓放大的功放電路）

如上圖，主要增加瞭兩級共射級放大電路，Q6作為第一級電壓放大，並且在其發射極加上反饋電阻，R2主要給Q6提供靜態電流，對於交流信號，C5近似短路，所以R2並聯R13，與C2，R3構成反饋，來控制整個環路的增益，另外需要註意的一點是，因為使用瞭兩級共射放大器，Q7集電極的靜態電壓不為0，所以放大後的電壓信號需要經過C4交流耦合到後級驅動電路，有時候，我們並不希望中間環節通過電容耦合信號，這樣容易導致低頻信號的丟失，以及相位偏轉，引起電路自激。這個時候，就到瞭那個牛逼哄哄的差分放大電路出場瞭。

（七）差分電路作為第一級放大

（圖七 差分放大器作為第一級放大電路）

如上圖就是在第一級放大電路中加入差分放大器，因為差分放大，兩個管子Q6, Q7基極虛短，且Q6的基極已地作為參考，另外反饋電阻R3直接接到瞭Q7的基極，這樣輸出端電壓就被整個環路控制到跟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），差分放大後再通過一級共射放大，來獲得更高的增益，輸出直接耦合給後級驅動電路。這樣，我們就用三極管放大器完美的模擬瞭運放。但是，等等，我們真的完美的模擬瞭運放嗎？不，答案是否定的，因為現在的工藝，隨便一個運放，開環增益都已經達到10^6瞭，加上反饋電路，整個電路的增益可以很精確的被設計，但是我們上面這個電路的開環電壓增益明顯不夠，可能同學們要說瞭，增益不夠就多加幾級唄。童鞋，你很聰明嘛。但是級數太多很容易導致系統自激，並且也不方便調試。那還有沒有方法在不增加放大器級數的前提下，提高增益那？ 當然有，我們偉大的工程師早就設計出瞭更加狂拽炫酷吊炸天的電路。那就是有源負載，哈哈，現在我們 的電路越來越像原始的OCL電路瞭，兄弟們，剛把得。

（八）使用有源負載，提高放大器的電壓增益。

（圖八 增加有源負載提高放大器增益）

如上，在驅動級加入瞭電流源作為有源負載，大大提高瞭驅動級的電壓增益。在差分電路集電極部分加入鏡像電流源，一方面作為有源負載使用，另一方面，兩個分支互為鏡像，電壓增益變為單邊增益的兩倍，而差分電路電路的下方替換為標準的電流源，保證兩個分支總電流的穩定。加入瞭這幾部分之後，整個電路的開環增益將約等於兩級放大器三極管ft相乘，假設使用的是S8050三極管，增益約等於為300，所以整個電路的開環增益Go=300*300=90000,這對於功放電路來說已經完全夠用瞭。到目前為止，仿佛一切具備瞭？是的，從理論上來說，仿佛一切都ok瞭。然而，理想太豐滿，顯示很骨感，還要考慮電路的穩定性啊老鐵， 環路增益這麼大，輸出功率這麼大，電源電壓肯定要抖起來瞭幺，很容易自激，所以我們有必要把前級電壓放大和後級功放放大隔離開，否則功率一大就要自激瞭。如下圖，我們增加DC隔離電路。

（九）增加前後級隔離電路，防止自激。

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（圖九 增加隔離電路，將前後級電源分開）

如上，通過一個二極管將前後級電源分開，當後級電壓突然大幅下降的時候，二極管D3，D4不導通，電容C2，C5給前級供電，當後級電壓恢復以後，通過二極管直接給前級供電，並給電容充電，由於前級需要的電流非常小，所以電容C2，C5上的電壓基本維持在電源最高電壓上，不會隨著後級電壓大幅度波動，從而實現瞭隔離的作用。然後，然後，然後還沒有完，因為使用瞭多級電路結構，所以有必要做一些相位補償。如下圖

（十）增加相位補償電容

（圖十 增加相位補償電容）

可能很多朋友不知道為啥要加這個電容，原因是多級放大器，信號經過每一級放大器都會有個相移，尤其對於高頻信號，這個相移會更加明顯，如果相移累加到180，那麼負反饋就變成瞭正反饋，整個電路就要自激瞭，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pF級的小電容，因為共射放大器的理論相移是180度，但是高頻信號會被補償電容旁路，使相移減小，從而避免整個環路相移累加到180度，然後自激。所以，這個電容還是很有必要的。到現在，整個電路就完美瞭。如果你想獲得更大的功率，那麼可以通過並列功率管子的方式實現，如下圖。這就跟開始的OCL完整電路圖完全一樣瞭。

（十一）並聯功率管，實現更大輸出功率

（圖十一 並聯功率管，實現更大輸出功率）

如上圖，在輸出端，通過並聯功率管實現更大功率的輸出，但是要註意的一點是，因為三極管是正溫度系數的器件（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--->溫度繼續升高--->集電極電流繼續增加--->GameOver 這很很容易導致管子燒毀），所以，並聯管子的時候，務必要在三極管的輸入端分別串聯一個數十歐的電阻，來實現多個並聯管子的電流均衡，防止一個管子電流過大。

推薦幾本不錯的書。

個人公眾號<隔壁科技宅>，有興趣的自行關註。