互补对称功率放大器

电以外，在VT1、VT2共同的输出端与负载电阻RL之
间串联一只大容量电容器C。在没有输入信号时，
调整基极电路的参数，使得电容C两端电压为VCC/2。 在输入信号的正半周时，VT1导通，电流自VCC经 VT1为电容C充电，经过负载电阻RL到地，在RL上产
生正半周的输出电压（电流方向如图中实线所指）。
在输入信号的负半周时， VT2导通，电容C
POm7.0573.6%
PV 9.58
（3）根据最大输出功率与最大管耗之间的关系， 可得到最大管耗为：
P T 1 m P T 2 m 0 .2 P O m 0 .2 7 .0 1 5 .41
（三）OTL甲乙类互补对称 电路
1.工作原理 2.典型电路分析
1.工作原理
图4-6所示电路与上述电路（图4-5）的不同之 处是，除了采用单电源（即将VT2集电极接地）供
真，如图4-4所示。
（2）基本甲乙类互补对称电路
为了减小和消除交越失真，通常在两基极间加二 极管（或电阻或二极管与电阻串联），给VT1和VT2两
管提供一定的稍大于UBE(th)的正向偏置，使两管有一适
当的静态电流，这样两管合成的特性就克服了输入特 性启始部分的非线性影响，从而消除了交越失真，这 就构成了甲乙类放大器。图4-5所示为基本甲乙类互补 对称功率放大电路。
管饱和压降UCES=1V，ICEO=0，RL=16Ω，VCC=32V，
求：
（1）电路的最大不失真输出功率POm。
（2）电路的效率η。
（3）单管最大管耗PTm。
解 （1）求电路的最大不失真输出功率，在考虑管 子的饱和压降时，电路的最大不失真输出电压幅 度为：
U cem V 2 CC U CE S1 23 2115
复合管的构成原则及特点如下
（1）把两只三极管连成复合管，须保证每只 管子各极电流都能顺着各个管子的正常工作方 向流动，且复合管各极电流要满足等效三极管 的电流分配关系；
（2）复合管的管型和电极性质与第一个管子 相同；
（3）复合管电流放大倍数β≈β1β2。由于
复合管由达林顿提出，故许多文献中亦称它为 达林顿管。
第二节 互补对称功率放大器
一、乙类互补对称功率放大电路 二、甲乙类互补对称功率放大电路
一、乙类互补对称功率放大电路
（一）电路的结构及工作原理 （二）分析计算
1.输出功率Po 2.直流电源供给的功率PV 3.效率η 4.管耗PT
5.功放管的选择
（一）电路的结构及工作原理
乙类放大电路虽然提高了效率，但存在严 重的失真，使输入信号的半个波被削掉了。实 用中把两个乙类功放电路合并起来，一只放大 正半周信号，另一只放大负半周信号，则在负 载上将这两个输出波形合在一起，便得到一个 完整的放大波形，这样既提高了效率，又消除 了失真，解决了效率和失真的矛盾，这就是乙 类互补对称功率放大器，其基本原理结构如图 4-2所示。
VT5 R7
图4-9 准互补对称功率放大电路
+VCC
RL
uo
-VCC
表达式为
P o U o Io U o 2m Io 2m 1 2 U om Io m 1 2 U R o 2 Lm 1 2 Io 2m R L
当输入信号足够大，使
Uom=Ucem=VCC-UCES 和 Iom=Icm 时 ， 可 获 得 最
大不失真输出功率为
P om 1 2U ceIm cm 1 2U R c 2 Le m 1 2(V C C R U LC)E 2S
2.准互补对称功放电路
由复合管组成的准互补对称功放电路如图49所示，图中VT2、VT3复合管为NPN型，VT4、
VT5复合管为PNP型。R4、R5用于减小复合管的 穿透电流。R6、R7用来稳定VT3、VT5管的静态
工作点。
图4-9
R1
R2
VD1 VD2 ui
VT1 R3
VT2 R4
VT3 R6
VT4 R5
+VCC
iC1 VT1
T1 E
VT2 iC2
RL uo
C2
ui
C1 R1
R2
A R5
R3
I5
+VCC
VT1 VD1 E C
VD2
B
VT2
VT3
RL uo
R4 C3
图4-6 甲乙类OTL互补对称电路
图4-7 典型互补对称电路
（四）准互补对称功率放大电路
1.复合管 2.准互补对称功放电路
1.复合管
把两个或两个以上三极管的电极适当地直 接连接起来，作为一个管子使用，即称为复合管。 它有两种连接方式：一是两只同类型管子构成， 如图4-8a、b所示：二是由不同类型的两只管子 构成，如图4-8c、d所示。
图4-3
io O
Icm t
iC1 A
UCE2 uo
B UCES
Q VCC
O
Ucem
t
图4-3 图解法分析乙类互补对称电路
UCES
UCE1 2VCC
iC2
1.输出功率Po
设输入输出信号均为正弦波，Uo、Io分别 为输出正弦交流电压和电流的有效值；Uom、 Iom分别为输出正弦交流电压和电流的幅值。根 据图4-3所示的io和uo波形，由定义可写出Po的
集电极电流最大幅度为：
IcmU RcLem1 16 50.94
所以，电路的最大不失真输出功率为：
P O m 1 2 Icm U cm 1 2 0 .9 4 1 5 7 .0
（2）求电路的效率。 电源提供的功率为：
P V 2Icm V 2 CC 20 .9 2 4 3 29.58
电路的效率为：
VCC/RL）。
二、甲乙类互补对称功率放大电路
（一）乙类互补对称电路存在交越失真 （二）基本甲乙类互补对称电路 （三）OTL甲乙类互补对称电路 （四）准互补对称功率放大电路
（1）乙类互补对称电路存在 交越失真
乙类互补对称电路虽然失真小、效率高，但由于
功放管没有直流偏置，静态时IC=0，而晶体管的输入 特性存在死区电压UBE(th)（硅管约为0.5V，锗管约为0.2V）。当输入信号ui低于这个数值时，两管截止，负 载 RL 上 无 电 流 流 过 ， 出 现 一 段 死 区 。 只 有 当 ui ＞ |UBE(th)|以后，iB才有明显增长。这种现象称为交越失
通过VT2和RL放电，即已充电的电容C起着图4-5 中电源-VCC的作用，在RL上产生负半周的输出电
压（电流方向如图中虚线所示）。只要选择时间
常数RLC足够大，则电容C两端电压UC=VCC/2基
本不变，形成了与双电源供电相同的效果，只是
每管的供电电压变为VCC/2。
R1
VD1 VD2 ui
R2
图4-6、图4-7
PT1mPT2m1 2PTm0.2Pom
是在输入理想正弦波条件下推导出来的，实际上最 大管耗还要大些。4-7式表明，当输出功率约为（理想时） 最大不失真输出功率的0.4倍时，管耗为最大。
5.功放管的选择
由上分析可知，若想得到最大输出功率，功放管 的参数必须满足下列条件：
（1）每只功放管最大允许管耗PCM＞0.2Pom； （2）每只管子c、e间反向击穿电压|U(BR)CEO| ＞2VCC； （3 ）每只功放管最大允许集电极电流 ICM＞Iom（或
图4-4、图4-5
iC1
io=iC1-iC2
UBE(th) uBE2
uBE1
O
O
UBE(th)
交越失真 ωt
iC2
ui
O
R1
VD1 VD2 ui
R2
+VCC
VT1 E
VT2 uo RL
ωt
-VCC
图4-4 乙类互补对称电路的交越失真
图4-5 基本甲乙类互补对称电路
例题4-1
例题4-1 在图4-5所示功率放大器中，设三极
图4-8
c
c
b VT1
ic b ib
b
NPN
VT2
e ie
e
a
c
VT1 VT2
e
c ic
b ib PNP e ie
b
c
c
c
c
ic
b
VT2 VT1
b ib e
NPN ie
b
VT1 VT2
b ib
ic PNP
e ie
e
e
c
d
图4-8 复合管 a，b. 同类型管构成的复合管 c，d. 不同类型管构成的复合管
号的幅度而变化。乙类互补对称功率放大器输出 功率最大时，两管的总管耗为
P TP VP om 2V CC Icm 1 2Ic 2m R L
两管最大管耗PTm为
P Tm 2V CC 2 V R C L C1 2 2 V R C L C 2R L4 2P om 0 .4 P om
即每只管子的最大管耗为
图4-2
ui
+VCC1
iC1
Tt
O
VT1
iC2
ui
VT2
-VCC2
iC1
T/2 t
O
iC2 T/2 T t
O
RL uoio源自T tO图4-2 基本乙类互补对称功率放大器
（二）分析计算
因为输出信号是两管共同作用的结果，流过 负载RL的电流io=iC1-iC2，iC1与iC2方向相反，输出 电压uo=ioRL。为了便于分析，将图4-2所示VT2 管的特性曲线倒置，与VT1管的特性曲线连在一 起，并令二者在Q 点，即uCE=VCC处重合，形成 VT1和VT2的所谓合成曲线，如图4-3所示。这时 负载线通过VCC点形成一条斜线，其斜率为-1/RL。 假设输入的正弦信号有足够大的幅度，能驱使 工作点沿负载线在截止点与临界饱和点之间移 动，则VT1、VT2管的工作状态及电流、电压波 形如图中所示。