低频功率放大电路

第9章低频功率放大电路

本章要点

功放的特点与分类

OCL电路原理与特性分析OTL电路原理与调试方法BTL电路组成与原理VMOS功放的特

点与应用

本章难点

OCL电路性能指标分析

OTL电路调试方法

无论分立元件放大器还是集成放大器，其末级都要接实际负载。一般负载上的信号的电流和电压多要求较大，即负载要求放大器输出较大的功率以便推动如扬声器、电动机之类的功率负载，故称之为功率放大器，简称功放。功率放大电路的主要任务是：放大信号功率。

功率放大电路按放大信号频率，可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。前者用于放大音频范围(几十赫兹到几千赫兹)的信号，后者用于放大射频范围(几百千赫兹到几十兆赫兹)的信号。本章仅介绍低频功率放大电路。

9.1 功率放大电路概述

9.1.1 功率放大电路的特点

功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下几个主要特点。

1. 输出功率要足够大

为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。如输入信号是某一

频率的正弦信号，则输出功率的表达式为

P o = l o U o (9-1) 改用振幅值表示，公式9-1又为

1

P o = — I om U om (9-2)

2

2. 效率要高

功率放大器实质上是一个能量转换器，它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的

能量输送给负载，因此，要求转换效率高。

P O

l~Dc

式中，P o为信号输出功率，P DC是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条

件下，输出信号功率愈大，电路的效率愈高。

3. 非线性失真要小

功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，而且由于三极管是非线性器件，在

大信号工作状态下，器件本身的非线性问题十分突出，因此，输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。在实际应用中，要采取措施减少失真，使之满足负载要求。

4. 图解法进行估算

由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路的范围，故不能用小信号微变电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等指标作粗略估算。

9.1.2 功率放大器工作状态的分类

功率放大电路按放大器中三极管静态工作点设置的不同，可分为甲类、乙类和甲乙类三种，如图9-

1所示。

甲类功率放大电路的特征是工作点在负载线线性段的中点，在输入信号的整个周期内，晶体管均导通，有电流流过，功放的导通角9=360°o

乙类功率放大电路的特征是工作点设置在截至区，在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期

内导通，有电流流过，功放的导通角9=180 °

甲乙类功率放大电路的特征是工作点设置在放大区内，但很接近截至区，管子在大半周期间导通，有电流流过，功放的导通角180°<9<360o o

在甲类功率放大电路中，由于在信号全周期范围内管子均导通，故非线性失真较小，但是输出和效

率均较低，因而在低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。

(9-3)

(a)叩类

图9-1甲类、乙类、甲乙类功放电路工作状态2)甲乙更

9.2 双电源互补对称功率放大电路 (OCL 电路)

单管甲类功率放大电路简单，只需要一个功率管便可工作。由于它的效率低，而且为 了实现阻抗匹配，需要用变压器，而变压器具有体积大、重量重、频率特性差、耗费金属 材料、加工制造麻烦等缺点，因而，目前一般不采用单管甲类功率放大电路。乙类功率放 大电路具有能量转换效率高的特点，常作为功率放大器。但乙类放大电路只能放大半个周 期的信号，常用两个对称的乙类放大电路分别放大正、负半周的信号，然后合成完整的波 形输出，即采用互补对称功率放大电路。

9.2.1 电路组成和工作原理

双电源互补对称电路如图

9-2所示，这类电路无输出电容的功率放大电路，简称

OCL

电路。图中 T i 为NPN 型三极管，T 2为PNP 型三极 管。为保证工作状态良好，要求该电路具有良好的 对称性，即 T i 、T 2管特性对称，并且正负电源对 称。当信号为零时，偏流为零，它们均工作在乙类 放大状态。电路工作原理如下所述。

1.静态分析

当输入信号U i =0时，两个三极管都工作在截止 区，此时

I BQ 、I CQ 、I EQ 均为零，负载上无电流通 过，输出电压 U o =0。

2.动态分析

不难看出，在输入信号 U i 的一个周期内，即 T 1、T 2管

交替工作，流过 R L 的电流为 完整的正弦波信号

9.2.2 性能分析

双电源互补对称电路工作图解分析如图 9-3所示。图9-3(a)为T 1管导通时的工作情 况。图9-3(b)是将T 2管的导通特性倒置后与

T 1特性画在一起，让静态工作点

Q 重合。

形成两管合成曲线，图中交流负载线为一条通过表态工作点的斜率 —的直线AB 。

R L

由图9-3可看出输出电流、电压的最大允放变化范围分别为 21 cm 和2U cem ，|cm 和U cem 分别

为集电极正弦电流和电压的振幅值。有关性能指标计算如下。

当输入信号工作在正半周时，由于 i e1

经+ V CC 自上而下流过负载电阻，在

当输入信号工作在正半周时，由于 i e2

经-V CC 自下而上流过负载电阻，在

U i >0,三极管T i 导通， R L 上形成正半周输出电压, U i <0,三极管T i 截止, R L 上形成负半周输出电压，

T 2截止，T i 管的射极电流 U o >0。

T 2导通，T 2管的射极电流 u o >0。

图9-2 基本OCL 电路