互补对称功率放大器.
互补对称功率放大电路克服交越失真
互补对称功率放大电路克服交越失真随着现代通信技术的快速发展，射频功率放大器在通信系统中起着至关重要的作用。
然而，传统的单端功率放大器在处理高频信号时往往会出现交越失真的问题，这对通信系统的性能和稳定性带来了挑战。
为了克服这一问题，互补对称功率放大电路被广泛研究和应用。
互补对称功率放大电路采用了NPN晶体管和PNP晶体管相结合的方式，利用它们互补对称的特性可以有效地抑制交越失真，提高功率放大器的线性度和稳定性。
针对这一主题，本文将着重介绍互补对称功率放大电路克服交越失真的原理和优势，并结合具体的实验数据和案例进行探讨，旨在全面深入地了解互补对称功率放大电路的工作原理和实际应用。
1. 互补对称功率放大电路的原理互补对称功率放大电路是利用NPN晶体管和PNP晶体管的互补对称特性，将它们灵活地组合在一起，以实现正半周和负半周信号的放大。
在这种电路结构中，NPN晶体管和PNP晶体管分别承担正负信号的放大任务，可以实现信号的互补放大和恢复，从而有效地抑制了交越失真。
2. 互补对称功率放大电路的优势互补对称功率放大电路相比传统的单端功率放大器具有诸多优势：1) 有效抑制了交越失真。
由于互补对称功率放大电路采用了NPN和PNP晶体管的互补对称结构，可以在一定程度上抵消NPN和PNP晶体管的非线性特性，从而有效地抑制了交越失真的发生，提高了功率放大器的线性度和稳定性。
2) 提高了整体的效率。
由于互补对称功率放大电路能够实现信号的互补放大和恢复，可以提高功率放大器的整体效率，减少功率损耗，提高系统的能效比。
3) 扩展了功率放大器的应用范围。
互补对称功率放大电路不仅可以用于射频功率放大器，还可以应用于音频功率放大器以及其他需要高稳定性和线性度的放大器中，具有较广泛的应用前景。
3. 实验数据和案例分析为了验证互补对称功率放大电路的性能优势，我们进行了一系列的实验和案例分析。
通过对比传统的单端功率放大器和互补对称功率放大电路在不同频率和功率下的输出波形和失真程度，我们发现了以下几点：1) 在高频信号下，互补对称功率放大电路能够有效地抑制交越失真，输出波形更为清晰，失真程度更低。
互补对称功率放大器
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
第二节-互补对称式功率放大电路资料
π
RL
4= 78.5% 与OCL一样
25
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第二节 互补对称式功率放大电路
（3）功率三极管的极限参数 ▼ 集电极最大允许电流ICM
Icm
VCC
UCES RL
VCC RL
Icm
VCC
/ 2 UCES RL
VCC 2 RL
ICM
VCC 2 RL
▼ 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO
3．对于OCL或OTL电路，当负载电阻 减小时，最大输出功率( 增加 ) 。 4．当功率管的饱和压降VCES增大时， 各 指 标 的 变 化 为 Pomax( 减小 ) ， ηmax( 减小 )。
ηmax =
pomax = π pVmax 4
V2 om max VCC2
28
第二节 互补对称式功率放大电路
（2）效率
当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输
出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。
PV =
VCC
×
1 π
π
0 Icmsinωtd(ωt) =
2VπCCIcm≈
2V2CC πRL
当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补 对称电路的效率为
η=
Pom PV
≈
π 4= 78.5%
如果考虑三极管的饱和管压降UCES ，则OCL乙类和 甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。
则：Vom
=
2 π VCC
0.6VCC
即VOm= 0.6VCC时PT1最大，所以每管的最大管耗为
PT1m
=
1 VCC2 π2 RL
0.2Pom
注：Pom
VCC2 2RL
第三章四互补对称功率放大电路
一个信号 状态 周期内导
通时间
工作特点
整个周 失真小，静态电流
甲类 期内导 大，管耗大，效率
通
低。
半个周 失真大，静态电流
乙类 期内导 为零 ，管耗小，
通
效率高。
甲乙 类
半个多 周期内 导通
失真大， 静态电 流小 ，管耗小，
效率较高。
图示
三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless) （一）电路组成及工作原理
U(BR)CEO＞2VCC=2×24V=48 V。 放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值
Icmm，为使放大电路失真不致太大，则要求功率管最大允许集电
极电流ICM满足ICM＞Icmm=VCC/RL=3A。
四、甲乙类互补对称功率放大电路 （一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路
1、乙类互补对称功放的交越失真
2
4.7 / /5.1 2.2
111
Au2 (dB) 20 lg111 41(dB)
RL1 R3 / / Ri2 5.1/ /1.7 1.3k
总的电压增益： Au=Au1·Au2=(-9.6) ×(-111)=1066 A(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)=19.6+41=60.6(dB)
（三）甲乙类单电源互补对称放大电路 OTL电路： 1.电路组成
2.工作原理
当 ui > 0 时：V2 导通，C 放电，V2 的等效电源电压 0.5VCC。 当 ui < 0 时：V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 注意： 应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。
otl互补对称功率放大电路
otl互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路（OTL）是一种广泛应用于音频放大器和无线电接收机的功率放大器。
它的特点是具有高输出功率、低失真和良好的频率响应。
OTL电路由两个晶体管组成，一个为NPN型，另一个为PNP型，它们交替工作，实现互补输出。
一、OTL电路的基本原理1. 互补输出：当一个晶体管导通时，另一个晶体管截止；当一个晶体管截止时，另一个晶体管导通。
这种互补输出方式可以有效地消除输出波形中的交越失真。
2. 负反馈：为了稳定输出电压和提高线性度，OTL电路采用负反馈技术。
负反馈分为电流反馈和电压反馈两种，其中电压反馈具有更好的性能。
3. 电源利用率：由于两个晶体管交替工作，电源利用率较高，可以达到78.5%。
二、OTL电路的基本结构OTL电路主要由以下几部分组成：1. 输入级：通常采用共射极放大器，用于将输入信号放大到一定的幅度。
2. 输出级：由两个互补的晶体管组成，实现互补输出。
3. 负反馈网络：包括电流源、电阻等元件，用于实现负反馈。
4. 偏置电路：为晶体管提供合适的静态工作点。
三、OTL电路的工作过程1. 当输入信号较小时，NPN型晶体管导通，PNP型晶体管截止，输出电压为正半周；2. 当输入信号较大时，NPN型晶体管截止，PNP型晶体管导通，输出电压为负半周；3. 在输入信号的正半周和负半周之间，两个晶体管交替导通和截止，实现互补输出。
四、OTL电路的优点和缺点优点：1. 高输出功率：由于两个晶体管交替工作，电源利用率较高，可以实现较高的输出功率。
2. 低失真：互补输出方式可以有效地消除输出波形中的交越失真。
3. 良好的频率响应：由于采用了负反馈技术，OTL电路具有较好的频率响应。
缺点：1. 效率较低：由于存在交越失真，OTL电路的效率略低于BTL 电路。
2. 动态范围较小：由于两个晶体管的参数不可能完全相同，导致动态范围受到限制。
总之，OTL互补对称功率放大电路是一种性能优良的功率放大器，广泛应用于各种音频放大器和无线电接收机中。
互补对称功率放大电路
15.8.2 互补对称放大电路
互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本 形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，被 称为无输出变压器(Output Transformerless)电路， 简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连， 输出电容也省去，就成为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电路。 OTL电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源 供电。
+ uo -
4、单电源互补对称功率放大电路（OTL） +UCC T1 A D2 R2 T2 RL -UCC
OCL电路 OTL电路
R1 + uI D1
R1 + D1 uI T1 A + T2 RL C
+UCC
+ uo -
D2 R2
+ uo -
5、复合管：为了满足在互补对称功率放大电路中一对特性
对称的PNP型和NPN型功率管难于配型的问题。
uo
O
t
交越失真
t
克服交越失真的方法： 加偏置，建立合适的静态工作点，使两管均工作 在临界导通和微导通状态，避开死区段，即工作在 甲乙类工作状态。 方法：在T1、T2间串联两支二极管。 R1 + T1 D1 uI 3、双电源互补对称放大电路 A D2 OCL R2 T2 +UCC
RL -UCC
放大电路的工作状态
IC Q
O
iC
UCE
O
t
IC Q UCE
iC
O
OtΒιβλιοθήκη IC QOiC
O
UCE
t
甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通， 静态IC较大， 失真小、 管耗大、 效率低。 乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重 失真, 管耗小、效率 高。 甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于 半个周期，静态IC 0， 一般功放常采用。
11第二节 互补对称式功率放大电路
17
在回路中， VBE1 + VBE2=VD1+VD2+VR2
第二节 互补对称式功率放大电路
为解决交越失真，可给三极管加一点偏置， 使之工作在微导通状态——甲乙类。
容易引起热击 穿！！！
改用三极管的 Vce代替
18
第二节 互补对称式功率放大电路
▼ 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO 在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压 之和等于2VCC，即 或 uCE1 | uCE2 | 2VCC 当VT2导通时， VT1截止，此时VT1的集电极承 受反向电压。当VT2接近饱和时， VT1的集电极 电压达到最大，此时：
uCE1 2VCC | U CES2 | 2VCC
2VCCVom RL
当 Vom VCC 时 ， PVm
2 VCC RL
2
（4）效率
Po Vom = PV 4 VCC
当 Vom VCC 时 ，
4
78.5%
13
第二节 互补对称式功率放大电路
4. 功率与输出幅度的关系
图形演示
Vom Po 2RL
PTm VCC 2 π RL
当忽略三极管的管压降时，PTm = 0.2 Pom 因此，在选择功率三极管时应满足，PCM > 0.2 Pom
33
第二节 互补对称式功率放大电路
OTL 功率放大电路
“OTL”是无输出变压器推挽功率放大器的意思。实际 OTL电路不仅不使用输出变压器，而且还去掉了输入变压 器。它具有频响宽、失真小、输出功率大，有利小型化 ，集成化的优点，在声频放大等方面应用日益广泛。 互补对称电路的工作原理可用左图来说明。从推挽和波 形合成的角度来讲，这种互补电路利用PNP型晶休管和 NPN型晶体管导电极性相反的特点，将两管分别接成射极 输出器的形式；两管在作用上互相补偿，在连接上互相 对称。它不需要专门的倒相电路就可以完成正负半周的 放大，并在负载上合成波形。从理论上讲，这种电路需 要使用正负两组电源。
互补对称功率放大器
实验六：互补对称功率放大器04123126 黄澜鹏一、实验目的和要求1、理解OTL 功率放大器的工作原理、性能和特点。
2、掌握OTL 电路的调试及主要性能指标的测试方法。
3、要求课前预习，每人独立完成实验，做好实验记录，写好实验报告。
4、在整个测试过程中，电路不应有自激现象。
二、实验仪器、设备1、三相电综合实验台2、模电一号板3、TFG2030V 数字合成信号发生器一台4、ATTEN 公司的7020 型25MC 数字示波器一台三、实验内容1、OTL 的静态工作点的测量2、OTL 的输入灵敏度测量3、OTL 功率放大器的频率响应测量4、OTL 的最大输出功率测量三、实验原理和要求4．1 电路原理OTL 功率放大电路的原理如图6-1 所示。
图6-1 OTL 功放电路的原理图电路特点：三极管T1 组成推动级(也称前置放大级)，T2，T3 是一对参数对称的NPN 型和PNP 型晶体三极管，组成互补推挽OTL 功放电路。
T2，T3 每个管子都接成射极输出器，因此具有低输出电阻，高负载能力等优点，适合于做功率输出级。
工作原理：T1 管工作于甲类状态，调节RP，一方面调节T1 管的集电极电流Icl，另一方面，使T2 和T3 管得到合适的静态电流而工作于乙类状态，以克服交越失真。
当输入正弦交流信号u1 时，经T1 放大、倒相后同时作用于T2 和T3 晶体管的基极，ui 的负半周使T2 导通(T3 截止)，有电流通过负载RL 同时向电容C。
充电；在ui 的正半周，导通(T2 截止)，已充好电的电容器C。
起着电源的作用，通过负载RL 放电，这样在RL 上就得到完整的正弦波。
Rp 在电路中引入交、直流电压并联负反馈。
一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。
4．2 OTL 电路的主要性能指标1）最大不失真输出功率Pom理想情况下，Pom=Ucc2\(8*Rl);实际的最大不失真输出功率Pom=U02\Rl：Uo 为负载RL 两端的电压有效值。
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Uom
iC2
负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCES
3. 输出功率、最大效率、管耗 (1)输出功率Po
Po = U o I o U om 2 U om U om 2 RL 2 RL
2
+VCC V1 ui uo
RL
最大不失真输出功率Pomax
(VCC U CES ) 2 VCC 2 RL 2 RL
电路中增加复合管
增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。
c c
ib
b
iC T1 T2 ie
e c b
ib T1
iC T2 ie
ec
复合NPN型
ib
b
iC T ie
e
复合PNP型
ib
b
iC T ie
e
1 2
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
6.2.3 甲乙类单电源互补对称功率放大器 1、基本原理 . 单电源供电；
8RL
RL
max 78.5%
此电路存在的问题：
输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。
总结：互补对称功放的类型
互补对称功放的类型
双电源电路 又称OCL电路 （无输出电容）
单电源电路 又称OTL电路 （无输出变压器）
Po max
2 VCC 2 RL
ห้องสมุดไป่ตู้Po max
2 VCC 8 RL
RW R8 R1 + V CC
V1 V3
R2
UP C uO
V2
V4
R6 R5
RL
（3）输出功率及效率
若忽略交越失真的影响。则：
R8 + V CC
U o max
V CC 2
V1
R1 V3
UP
C
uO
( Po max
U o max 2 RL
)2
2 VCC
R2 RW ui R6 V4 R5
2 V
一支；
uo
RL
两管特性一致。组
成互补对称式射极输 出器。
-V CC
工作原理（设ui为正弦波）
静态时： ui = 0V ic1、ic2均=0（乙 类工作状态） uo = 0V
动态时： ui V1导通，V2截止 iL= ic1 ; V1截止，V2导通 iL=ic2 V2 ic2 -V CC +VCC ic1
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
6.1.1 功率放大电路的特点
（1）输出功率Po尽可能大 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数 不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。
Ic
ICM PCM
UCEM
uce
（2）效率要高
电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减 少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效 率（）。
第6章 低频功率放大器
6.1 概 述
6.2 互补对称功率放大器
6.3 集成功率放大器
6.1 概述
什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，
往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动 作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。 能输出较大功率的放大器称为功率放大器
例： 扩音系统
2
Pomax
V2
-VCC
(2)效率
Po Uom = PE 4 VCC
最高效率max
Uom VCC 时， max
4
78.5 %
(3)三极管的最大管耗PT1max
问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？
PT1max发生在Uom=0.64VCC处。 将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：
V1
uo
RL
ui > 0V ui 0V
V1、V2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
输入输出波形图 ui 死区电压 uo ´ uo uo
＋ VCC
Ｔ １ ui Ｔ２
－
uo
RL
VCC
交越失真
2. 图解分析
iC1 ui Q VCC
UCES
+VCC V1 uo V2 -VCC
RL
UCES
uCE
UCEQ
2. 乙类：静态电流为 0 ， BJT 只
在正弦信号的半个周期内均导
通。 iC
IC Q
VCC uCE
Q3
3.甲乙类：介于两者之间，导通角大
于180°
iC
IC Q
Q2 VCC
uCE
6.2 互补对称功率放大器
1. 电路的组成与工作原理
+VCC
互补对称： 电路中采用两个晶
V1 ui
V2
体管：NPN、PNP各
PO 100% PE
Po: 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。
（3）非线性失真要小
电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 （4）散热性能要好
6.1.2 功率放大器的分类
iC
1.甲类：Q点适中，
IC Q
Q1 VCC uCE
在正弦信号的整
个周期内均有电 流流过三极管。
6.3 集成功率放大器
6.3.1 4100系列集成电路应用线路 1. 外型图与引脚的功能
2. 典型应用电路
6.3.2 TDA2030集成功率放大器的应用线路
本章小结
（1）功率放大器的主要任务是安全地、高效地在允许 的失真范围内输出尽可能大的功率。按功放管的工作状 态不同，功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类；按输 出终端的特点可分为OTL、OCL等。 （2）功率放大器是在大信号下工作的，通常采用图解 法进行分析。研究的重点是如何在允许失真的条件下， 尽可能提高输出功率和效率。 （3）为了提高低频功放的效率，应当使功放管工作在 乙类状态；为了克服单管乙类功放的严重非线性失真， 可采用乙类互补对称功放，即OCL电路，其最高工作效 率约为78.5%。为了保证功放管的安全工作，功放管的 极限参数必须满足：PCM>PT1m(≈0.2Pom)， |U(BR)CEO|≥2VCC，ICM>VCC/RL；为了克服乙类互补对称功 放存在的交越失真，应采用甲乙类（接近乙类）互补对 称功放。
+ V CC V1 R1
. 输出加有大电容。
（1）静态偏置
调整RW阻值的大 小，可使
R8
V3
R2 RW
UP
C
uO
1 U P VCC 2
ui R6
V2
V4 R5
RL
此时电容上电压
1 U C VCC 2
（2）动态分析
ui负半周时， V1导通、V2截止；
ui正半周时， V1截止、V2导通。 （电容起到了负电 ui 源的作用）
PT1max
VCC 0.2 0.2 Pom 2 RL
2
PT1m PT2m 0.2Pom
4. 功放管的选择
(1) PCM PT1max =0.2PoM
PoM
VCC 2 RL
2
(2) U ( BR )CEO 2VCC
（3）ICM>VCC/RL。
乙类互补对称功放的缺点
存在交越失真
ui
R1
＋ VCC
＋ VCC
t
uo
交越失真
Ｔ １Ｔ １ ui
ui
D2 R2 D1
uo Ｔ２
Ｔ ２
－
uo
RL
RL
t
VCC
- VCC
6.2.2 甲乙类双电源互补对称功率放大器
电路中增加 R1、V4、V5、R2支路 静态时: V1、V2两管发射结电压分 别为二极管V4、 V5的正向导通 压降，致使两管均处于微弱导 通状态——甲乙类工作状态 动态时：设 ui 加入正弦信号。正半 周 V1 截止，V2导通；负半周V2 截止，V1导通。