簡單功率放大器電路分析

摘要：分析探討了一般視聽電路中功率放大電路的工作原理和結構組成，并闡述了一典型應用實例及其特點。

關鍵詞：功放 低頻信號 功率 偏轉電流

0 引言

一般視聽電路中的功率放大(簡稱功放)電路是在電壓放大器之后，把低頻信號再進一步放大，以得到較大的輸出功率，最終用來推動揚聲器放音或在電視機中提供偏轉電流。本文將從三個方面闡述功率放大電路。

1 功率放大電路的特點

對功率放大電路主要重點討論的便是輸出功率、效率和失真這三方面。為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的三極管，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設計使用中首先要考慮怎樣充分發揮三極管功能而又不損壞三極管。由于電路中功放管工作狀態常接近極限值，所以功放電流調整和使用時要小心，不宜超限用。從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機中功放耗電要占整機的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。功放電路的輸入信號已經幾級放大，有足夠強度，這會使功放管工作點大幅度移動，所以要求功放電路有較大的動態范圍。功放管的工作點選擇不當，輸出會有嚴重失真。

2 常用功率放大電路的原理

單只三極管輸出的功放電路輸出小、效率低，日用電器中已很少見。目前常采用的是推挽電路形式。圖1中a圖是用耦合變壓器的推挽電路原理圖。它的特點是三極管靜態工作電流接近于零，放大器耗電及少。有信號輸入時，電路工作電流雖大，但大部分功率都輸出到負載上，本身損耗卻不大，所以電源利用率較高。這個電路中每只三極管只在信號的半個周期內導通工作，為避免失真，所以采用兩只三極管協調工作的方式。圖中輸入變壓器B1的次級有一個接地的中心抽頭。在音頻信號輸入時，B1次級兩個大小相等、極性相反的信號分別送到BG1和BG2的發射結。在輸入信號的正半周時間里，BG1管因加的是反向偏壓而截止，只有BG2能將信號放大，從集電極輸出，而在信號負半周，BG1得到正高偏壓，能將這半個周期的信號放大輸出，而BG2卻截止。電路中的兩只三極管雖然各自放大了信號的半個同期，但它們的輸出電流是分先后通過輸出變壓器B2的，所以在B2的次級得到的感應電流又能全成一個完整的輸出信號。

這類功放電路中，為了解決阻抗匝配和信號相位等問題，輸入與輸出變壓器是不可少的。但是，優質變壓器的制作在材料和工藝上都比較困難，它本身總還要消耗一部分能量，降低電路的效率，而且變壓器的頻率特性不好，使電路對不同頻率信號輸出很不均勻，會造成失真，所以為了提高功放質量，人們更多地使用無變壓器(OTL)功率放大電路。

圖1中b圖是互補對稱推挽功放電路原理圖。這里用了兩只放大性能相同，而導電極性相反的三極管(稱為互補管)。圖中BG1是NPN管。放大器輸入交流信號的正半周時，對BG1管來說，基極電壓為正極性，發射極為負極性，發射結有正向偏壓，三極管能夠工作。但BG2卻因發射結加了反向偏壓而截止。因此，信號的正半周由BG1管放大。在信號負半周時，情形正相反，BG2管能夠工作，將信號的負半周放大。放大后的信號由兩只三極管輪流送出，在揚聲器上重新合成完整的信號。

3 實際電路分析

圖2為減小和克服交越失真，在兩基極間加上補償二極管及相應電路，以供給T1和T2兩管一定的正向偏壓，構成甲乙類互補對稱功放電路。再作瞬態分析，觀察輸出VO交越失真是否消除。由電路分析，可得電路的瞬態波形和傳輸特性分別如圖3中a，b所示，可看出VO無交越失真。電壓源Vi的掃描范圍為-10V～+10V。得電壓傳輸特性如圖3中-c所示，由圖中看出，最大輸出電壓范圍約為-5V～+5V。

4 結語

甲類放大器的工作點Q設定在負載線的中點附近，晶體管在輸入信號的整個周期內均導通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內，所以瞬態失真和交替失真較小。電路簡單，調試方便。但效率較低，晶體管功耗大，功率的理論最大值僅有25％，且有較大的非線性失真。由于效率比較低，現在設計基本上不在再使用。乙類放大器的靜態點在(VCC，0)處，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內，Q1導通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當Vi為負半波正弦波，所以必-須用兩管推挽工作。其特點是效率較高(78％)，但是因放大器有一段工作在非線性區域內，故其缺點是“交越失真”較大。即當信號在0.6V～0.6V之間時，Q1和Q2都無法導通而引起的。甲乙類放大器的晶體管的導通時間稍大于半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，晶體管功耗較小的特點。

參考文獻：

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