解析低頻功率放大器的選擇與應用

[摘要]本文討論了低頻功率放大器的放大原理，及如何使輸出功率為最大值，重點討論乙類互補推挽放大電路在實踐應用中的作用，以體積小、重量輕，便于集成化等優點，廣泛應用于現代電器中。

[關鍵詞]推挽放大；自舉電路；交越失真

隨著電子技術的發展日新月異，電子技術的應用越來越普及，電器的更新速度也越來越快。生活中，有些電器需要放大信號的功率，使信號具有足夠的功率去控制或驅動一些設備工作，例如控制電動機的轉動、驅動揚聲器使之發聲等，分析討論以低頻功率放大器作為基本功率放大器電路，在實踐教學中有著重要的意義。下面我們來具體解析低頻功率放大器的選擇與實際應用。

功率放大器和電壓放大器，由于工作任務的不同，作用也不盡相同。電壓放大器的主要任務是把微弱的信號電壓進行放大，一般輸入和輸出的電壓和電流都較小，是小信號放大器，它消耗的能量少，信號失真較少，輸出的功率相應也小。功率放大器的主要任務是放大信號的功率，它的輸入、輸出電壓和電流都較大，是大信號放大器，它消耗的能量多、信號容易失真，輸出信號的功率大，因此，研究功率放大器電路時應特別注意用電效率、功率傳輸效率及防止信號失真等問題。

根據功率放大器晶體管靜態工作點Q在交流負載線上A、B的位置不同，可分為甲類、乙類、甲乙類三種。1.甲類功放：Q點在交流負載線的中點在整個周期內，晶體管都處于放大狀態，輸出的是沒有削波失真的完整信號，但靜態電流大、效率低。2.乙類功放：Q點在交流負載和IB =0輸出特性曲線交點處。在輸入信號的整個周期內，晶體管是半個周期在放大區工作，另半個周期在截止區，放大器只有半波輸出。如果采用兩個晶體管組合起來交替工作，則可以放大輸出完整的全波信號。此種電路幾乎沒有靜態電流，效率高。3.甲乙類功放：Q點在交流負載上，略高于乙類工作點處，它的靜態電流仍較小，效率高，輸出波形比乙類“削波”程度小些，不是把整個半周全削掉。

功率放大器按照輸出端特點可分為：1.有輸出變壓的功放電路。2.無輸出變壓的功放電路（又稱OTL功放電路）。3.無輸出電容器的功放電路（又稱OCL功放電路）。4.橋接無輸出變壓器功效電路（又稱BTL功放電路）。這些電路在應用中存在很多不足之處，如何尋找將這些電路優點集于一身的功率放大器，更好的應用于實際生產與維修，是我們接下來要討論的問題。

一個性能良好的功率放大器需要滿足以下幾個基本要求：1.信號失真小；2.有足夠的輸出功率；3.電路效率高；4.電路的散熱性能好。

下面，我們就互補對稱式推挽OTL功率電路進行剖析。互補對稱式推挽電路是由兩個導電極性不同的晶體管組成，其中NPN型管對正半周信號導通放大，PNP型管對負半周信號導通放大，它們彼此互補推挽放大一個完整信號，不需要輸入變壓器對信號進行倒相。為了信號不失真，兩個互補功放管的β值和飽和壓降等參數應保持一致，即兩個互補管電路要完全對稱，所以稱為互補對稱式功放電路。

一、電路結構

電路如圖所示，該圖是典型的互補對稱式推挽OTL功放電路，V1是激勵放大管，它給功率放大輸出級以足夠的推動信號；R1，R2，R3是V1的偏置電阻；R4，R3，RP2是V1集電極負載電阻；V2，V3是互補對稱推挽功率放大管，組成功率放大級；C1是輸入耦合電容；C2是V1射極電阻旁路電容，它可以減小信號的損耗；C3是輸出耦合電容，并充當V3回路直流電源，它的容量較大，常選在幾百至幾千微法之間；R4，C4組成自舉電路，RL為負載。在實踐中證明，引入R4，C4組成的自舉電路，可使放大器功率增益提高10—15dВ。

由于大容量輸出電容V3的存在，此電路采用單電源供電，充電后的C3充當V3管回路的電源。A點電位應是VG/2，C3兩端充電后，電壓也是VG/2，通常A點的電壓為“中點電壓”。

為了克服交越失真，在無信號輸入時，推挽管V2和V3應有一定的靜態電流，為此，它們的發射結應加有一定的正向電壓，鍺管應加0.2V，硅管應加0.6V，故V2、V3基極間應有0.4V左右的電位差。所以，兩管基極不應直接連在一起，而需要串入電阻RP2，當V1的靜態集電極電流流過RP2時，RP2兩端的到上正下負的電壓，這個電壓就是V2，V3發射結所需要的靜態正向偏壓之差，調節RP2可以改變兩推挽管的基極電位差，使之滿足靜態工作點的需要。

R4，C4是為了提高互補對稱式推挽功放電路的功率增益而引入的，通常稱為“自舉電路”，它的工作原理如下：

首先先討論不接C4的情況。此時兩互補管均為共集極電路，當輸入端有信號輸入時V1管集電極電阻上就有放大的信號電壓出現，一般R3遠大于R4，RP2，所以信號電壓主要降落在R3上，如果略去R4和RP2上的信號電壓，則可清楚地看出，R3兩端的信號電壓對V2和V3來說都是從b、c兩極之間輸入，這是共集電極電路輸入方式，放大器的功率增益低。其次討論C4接入電路后的情況，由于C4容量較大，對于低頻信號而言，A、B兩點短路。這時的R3兩端的信號電壓無論對V2或V3來說都變成從b、e兩極間輸入。十分清楚，這就是共發射極輸入方式。這時輸出信號取自集電極和發射極之間，從而提高了功率增益。可見C4的作用的作用是使V2和V3由共集電極接法轉換共發射極接法，從而使放器的功率增益增大，由于C4的存在，對交流信號而言，當A點電位升高或降低時B點的電位會自動隨著升高或降低，使AB間的電位差變化等于零，所以C4稱為自舉電量，R4稱為隔離電阻，對交流信號而言它把B點電位和“地”點的電位分開。

二、信號的放大過程

當輸入信號Vi為負半周時，經過V1的一級放大在V2和V3的基極，獲得放大并倒相了信號，是正半周信號，它使V2的發射結變成正偏而導通，V3的發射結反偏而截止。電流I2流通方向是由V2經C3、RL、VG回到V2，如圖實線所示。當輸入信號VI為正半周時，通過V1的一級放大并倒相，是負半周信號，這時V2的發射結變成反偏置，管子截止，而V3的發射結變為正偏置，管子導通并放大信號，電流I3流通方向是由V3經過RL，C3回到V3如圖虛線所示此時電容C3上的充電電壓1/2VG兼作電源用。如此兩管輪流工作在負載RC上·得到完整的信號。這種互補對稱推挽電路，由于不用輸入輸出變壓器，頻率特性較好，功率增益較高。

三、最大輸出功率

由于互補對稱OTL功放電路也是工作在乙類推挽狀態，所以功率的計算方法是相同的，再如上圖電路中每個功放管的電源電壓為1/2VG若集電極負載為RL則在放大器輸出最大功率時輸出管的集電極電壓和集電極電流峰值各為：

則OTL放大器最大輸出功率為

OTL功放電路由于去掉了輸入輸出變壓器，具有失真小優點，故有“高傳真”的稱號，是許多高傳真低頻放大器常采用的功放電路，所以該電路在高傳真放大電路中應用較為廣泛。

通過以上的推理解析可見，互補推挽電路由于頻率特性較好，功率增益較高等特點在實際應用中的優勢突出，便于生產與維修，在生活中使用最為廣泛。因此，引導學生學好該電路的實際應用，在教學中有著非常重要的意義。

參考文獻

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作者簡介

趙凱（1959—），男，遼寧營口人，學士，講師，從事電子技術應用研究.