简单功率放大器电路分析

沈　博

摘要：分析探讨了一般视听电路中功率放大电路的工作原理和结构组成，并阐述了一典型应用实例及其特点。

关键词：功放低频信号功率偏转电流

0引言

一般视听电路中的功率放大(简称功放)电路是在电压放大器之后，把低频信号再进一步放大，以得到较大的输出功率，最终用来推动扬声器放音或在电视机中提供偏转电流。本文将从三个方面阐述功率放大电路。

1功率放大电路的特点

对功率放大电路主要重点讨论的便是输出功率、效率和失真这三方面。为得到需要的输出功率，电路须选集电极功耗足够大的三极管，功放管的工作电流和集电极电压也较高。电路设计使用中首先要考虑怎样充分发挥三极管功能而又不损坏三极管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值，所以功放电流调整和使用时要小心，不宜超限用。从能耗方面考虑，功放输出的功率最终是由电源提供的，例如收音机中功放耗电要占整机的2/3，因此要十分注意提高电路效率，即输出功率与耗电功率的比值。功放电路的输入信号已经几级放大，有足够强度，这会使功放管工作点大幅度移动，所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当，输出会有严重失真。

2常用功率放大电路的原理

单只三极管输出的功放电路输出小、效率低，日用电器中已很少见。目前常采用的是推挽电路形式。图1中a图是用耦合变压器的推挽电路原理图。它的特点是三极管静态工作电流接近于零，放大器耗电及少。有信号输入时，电路工作电流虽大，但大部分功率都输出到负载上，本身损耗却不大，所以电源利用率较高。这个电路中每只三极管只在信号的半个周期内导通工作，为避免失真，所以采用两只三极管协调工作的方式。图中输入变压器B1的次级有一个接地的中心抽头。在音频信号输入时，B1次级两个大小相等、极性相反的信号分别送到BG1和BG2的发射结。在输入信号的正半周时间里，BG1管因加的是反向偏压而截止，只有BG2能将信号放大，从集电极输出，而在信号负半周，BG1得到正高偏压，能将这半个周期的信号放大输出，而BG2却截止。电路中的两只三极管虽然各自放大了信号的半个同期，但它们的输出电流是分先后通过输出变压器B2的，所以在B2的次级得到的感应电流又能全成一个完整的输出信号。

这类功放电路中，为了解决阻抗匝配和信号相位等问题，输入与输出变压器是不可少的。但是，优质变压器的制作在材料和工艺上都比较困难，它本身总还要消耗一部分能量，降低电路的效率，而且变压器的频率特性不好，使电路对不同频率信号输出很不均匀，会造成失真，所以为了提高功放质量，人们更多地使用无变压器(OTL)功率放大电路。

图1中b图是互补对称推挽功放电路原理图。这里用了两只放大性能相同，而导电极性相反的三极管(称为互补管)。图中BG1是NPN管。放大器输入交流信号的正半周时，对BG1管来说，基极电压为正极性，发射极为负极性，发射结有正向偏压，三极管能够工作。但BG2却因发射结加了反向偏压而截止。因此，信号的正半周由BG1管放大。在信号负半周时，情形正相反，BG2管能够工作，将信号的负半周放大。放大后的信号由两只三极管轮流送出，在扬声器上重新合成完整的信号。

3实际电路分析

图2为减小和克服交越失真，在两基极间加上补偿二极管及相应电路，以供给T1和T2两管一定的正向偏压，构成甲乙类互补对称功放电路。再作瞬态分析，观察输出VO交越失真是否消除。由电路分析，可得电路的瞬态波形和传输特性分别如图3中a，b所示，可看出VO无交越失真。电压源Vi的扫描范围为-10V～+10V。得电压传输特性如图3中-c所示，由图中看出，最大输出电压范围约为-5V～+5V。

4结语

甲类放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率的理论最大值仅有25％，且有较大的非线性失真。由于效率比较低，现在设计基本上不在再使用。乙类放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必-须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78％)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在0.6V～0.6V之间时，Q1和Q2都无法导通而引起的。甲乙类放大器的晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。

参考文献：

[1]王朱劳.模拟电子技术及应用西安电子科技大学出版社

[12]李源生.电路与模拟电子技术.电子工业出版社

[3]江晓安.模拟电子技术.西安电子科技大学出版社.