第二章 4乙类放大器
OCL,OTL,BTL,甲类,乙类,甲乙类各种放大电路的原理详解,优缺点分析,以及应用说明甄选
OCL,OTL,BTL,甲类,乙类,甲乙类各种放大电路的原理详解,优缺点分析,以及应用说明（优选.) OCL，OTL，BTL，甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明清华大学张小斌（教授）一．OCL电路OCL（output capacitorless）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路而是最终的。
OTL（OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。
OTL在后面谈论。
之所以说OCL是“最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。
OCL电路的基本形式如下图所示：它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。
正是这个双电源的结构特点让电容下岗了。
Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2管发生作用。
于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。
但是，当信号的电压在-0.6V到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出的交越失真。
面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。
这是个很有逻辑的想法。
见下面的电路：这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源——VCC形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于两个二极管的压降之和。
这样T1和T2管就均处于微导通状态了。
这种结构稍显幼稚，我们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是I2远大于Ib），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。
为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构，复合管前面已经由gemfield讨论过了。
乙类推挽输出级电路与功率放大器
=
1 2
I0mU0m
A
最大不失真输出电压: (Uom)max=ECC – UCE(sat)
Uces
D
1/ RL
·Q
Ec
最大不失真输出电流：
(Iom)max=(Uom)max/RL 休息1 休息2
U om
EC
ic1 io=ic1 -ic2
ic2 uo
-Ee 电路仿真
I om
u ce
ic2
返回
可2见单管管耗 最PT1大与平Io均m 是管非耗线性PT关1m系ax：
（1） 甲(A)类工作状态：
·Q
信号在整个周期内晶体管始终工
作在线性放大区域。
截止区
uBE
特点：静态工作点 Q 设置在放大区中部，
输出信号电流正负半周均无失真。
返回
3 晶体管的工作状态
(2) 乙(B)类工作状态：
静态工作点设置在截至区边缘，只有信
ic
饱和区
号正半周晶体管导通，输出信号电流 ic 为半
U0m max
IC1＝0，UCE1＝EC
( ) = U0m 2maxIC2＝Ec02，UCE2＝Ee
交流负载线2：R点L 斜式 2RQL 点：EC＝Ee
过QA点D，Q斜的率面 为 积–1=/RPL 0的ma直x 线.
uBE1 ui uBE2
1 输出功率：
ic1
P0＝I0U0（有效值） =
I0mU0m 22
ui uBE2
ic2
uo
-Ee
饱和区
uo
跟 随 区
Uon2 Uon1
跟 随
死区 区
电路仿真
饱和区
ui
返回
1 互补输出级电路及工作原理
乙类互补功率放大电路
谢谢
图17.07单电源OTL 互补功率放大电路
二、 采用复合管的互补功率放大电路
当输出功率较大时，输出级的推动级，即
末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采
用复合管，复合管有四种形式，见图17.08。
复合管
的极性由前
面的一个三
极管决定。
由NPN-NPN
或PNP-PNP
复合而成的
一般称为
图17.08 四种类型的复合管
五、 双通道功率放大电路
双通道功率放大电路是用于立体声音响 设备的功率放大电路，一般有专门的集成功 率放大器产品。它有一个左声道功放和一个 右声道功放，这两个功放的技术指标是相同 的，需要在专门的立体声音源下才能显现出 立体声效果。有的高级音响设备一个声道分 成二、三个频段放大，有相应的低频段、中 频段和高频段放大器。
（3）参数计算
1．最大不失真输出功率Pomax
设互补功率放大电路为乙类工作状态， 输入为正弦波。忽略三极管的饱和压降， 负载上的最大不失真功率为
Poma =x(VCC R 2 V LCE)2 S(VC2 C R V LCE)2 SV 2C RL 2 C
2．电源功率PV
直流电源提供的功率为半个正弦波的平均 功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。 直流电源功率PV的表达式推导如下
2.π52V 6RC LC 20.624R 2VLCC 2 0.8Pomax0.4Pomax0.4Pomax
对一只三极管 PTmax 0.2Pomax
图17.05 乙类互补功放电路的管耗
4．效率η
当Vom = VCC 时效率最大，η=π/4 =78.5％。
P oIoV m om
P V 2
2 V C πIC om π 4V V C om C
乙类互补推挽放大器设计
电子应用系统CDIO一级项目设计说明书题目：乙类互补推挽放大器设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计周数：设计成绩：2012年6月18日1、CDIO设计要求本次CDIO设计题目如下：运用课程《电子线路》的非线性部分相关知识及课外资料，设计一个符合要求的、合理的乙类互补推挽功率放大器。
设计要求为：1.电源电压U=10~15V2.输入阻抗Z≥1KΩ3.输出负载R=8Ω4.输出功率P=1~5W5.放大倍数X≥20倍6.带宽f =100~200KHZ7.无失真8.multisin仿真结果2、CDIO设计正文2.1 功率放大电路功率放大电路着眼于较大的输出。
其特点是在同样的供电电压下有着较大的电流输出能力，即具有较大的“负载能力”。
在实际应用中，需要功率放大电路的场合很多。
例如带动电机的转动、仪表的指示、继电器的动作、天线的发射、扬声器的发声等。
要实现这些控制，就要在电压放大之后，在用功率放大电路提供负载所需要的足够的电功率。
2.2 功率放大电路的特性1、有足够大的功率输出2、非线性失真小3、效率高2.3 功率放大电路的分类1、按功放管的工作状态分为甲类、乙类、甲乙类和丙类2、按工作频率的高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路3、按负载的性质分为非谐振功率放大电路和谐振放大电路4、按电路结构分为单管功率放大电路、变压器耦合推挽功率放大电路和无变压器的功率放大电路2.４ 乙类互补推挽功率放大电路推挽的意思是两个晶体管一推一拉的工作。
如下图是乙类互补对称推挽功率放大电路的原理电路。
T1、T2分别为ＮＰＮ和ＰＮＰ型三极管，他们的特性要相同。
信号从两个晶体管的基极输入，从公共射极输出，RL为负载电阻。
这个电路可以看成是由两个射极输出器组合而成。
由于半导体三极管的发射结处于正向偏置它才能导通，因此，当输入信号ｕ处于正半周时，Ｔ２截止，Ｔ１导通并处于放大状态，由电流ie 1流过负载RL；而当输入信号处于负半周时，Ｔ１截止，Ｔ２处于放大状态，由电流ie 2流过负载RL，由此便在负载上产生完整的电压波形。
甲类,乙类和乙类功率放大器的区别
电子知识甲类(Class－A)放大器的输出晶体管(或电子管)的工作点在其线性部分中点，不论信号电平如何变化，它从电源取出的电流总是恒定不变，它是低效率的，用作声频放大时由于信号幅度不断变化，其实际效率不可能超过25％，可由单管或推挽工作。
甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真，而且谐波分量中主要是偶次谐波，在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好，十分讨人喜欢。
但一直因为耗电多，效率低，容易发热和对散热要求高而未能在大功率的放大器中得到广泛应用。
由于器件长期工作于大电流高温下，容易引起可靠性和寿命方面的问题，而且整机成本高，所以制造甲类功率放大器出名的厂家，现在已大多停止生产晶体管甲类功率放大器。
乙类(Class－B)放大器的偏置使推挽工作的晶体管（或电子管）在无驱动信号时，处于低电流状态，当加上驱动信号时，一对管子中的一只在半周期内电流上升，而另一只管子则趋向截止，到另一个半周时，情况相反，由于两管轮流工作，必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。
乙类放大器的优点是效率较高，理论上可达78％，缺点是失真较大。
甲乙类（Class－AB）放大器在低电平驱动时，放大器为甲类工作，当提高驱动电平时，转为乙类工作。
甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率，随着输出功率的增大，效率也增高，虽然失真比甲类大，然而至今仍是应用最广泛的晶体管功率放大器程式，趋向是越来越多的采用高偏流的甲乙类，以减少低电平信号的失真。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。
概述甲类乙类甲乙类功率放大电路全解ppt课件
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
2. 消除交越失真的OCL电路:工作原理
利用甲乙类双电源互补对称功率放大电路可以消除交跃 失真。
静态： U B1、B2 U R2 U D1 U D2
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
工作原理：
uI正半周主要是 T1管发射极 驱动负载； uI负半周主要是 T2管发射极驱动负载 T1、T2导通时间 uI半个周期 T1、T2工作在甲乙类状态。
UomVCC2UCES
PomU Ro2Lm(VCC2R ULCE)S2
4
78.5%
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
4. 几种电路的比较
变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率 低，低频特性差。 OTL电路：单电源供电，低频特性差。 OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。
因此，选择功率BJT时，其极限参数:
I CM i U CEO(BR)
C
max
u CE
V CC RL
max
2V CC
PCM
PT max
0.2
V
2 CC
2RL
资金是运动的价值，资金的价值是随 时间变 化而变 化的， 是时间 的函数 ，随时 间的推 移而增 值，其 增值的 这部分 资金就 是原有 资金的 时间价 值
二、乙类推挽功率放大器
图 (a) 中，D1，D2 由电流源 IR 激励，产生正向电 压，即为所需的偏置电压 VBB。若 T1 和 T2 的特性配对， 且其基极偏置电流很小，可忽略，则 VBB VBEQ1 VBEQ2 2 VBB 2VT n( I R / I S ) IS 为二极管 D1 和 D2 的反向饱和电流，VT 为温度电 压当量。
两管集电极管耗相等，且为
2 1 2 PC1 PC2 ( PD Po ) / 2 ( ) Pomax π 2
分析：当输入激励由大减小，即 减小时，Po、 PD、ηC 均单调减小，而 PC1 和 PC2 的变化非单调，
2 0.636 时最大， π
其值为
PC1max PC 2max 2 2 Pomax 0.2 Pomax π
3. 影响输出信号电压振幅的因素 交流负载 r ≈ R∥ri ＜ R，得交流负载线为(b)Ⅱ所示。 可见，T3 管的最大输出信号电压振幅受到截止失真的限 制，其值小于 VCC/2。 若使 r ＞ R，则交流负载线如图(b)Ⅲ所示，输出 信号电压振幅不受截止失真限制，可接近 VCC/2。
4. 改进电路
通过 RL 的电流：iL iE1 iE 2 iC1 iC2 I cmsint 相应产生的电压： vL Vcmsint RL 上的输出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正负电源总的直流功率： PD = PD1 ＋ PD2 = 2VCCI平均 = 2VCCIcm/
vi (t ) 0 ic1 ic2 0 VCEQ1 VCC VCEQ2 VCC
Vi 正半周，T1 导通，负载线是自 Q 点出发，斜率为
1 / RL 的直线 AQ；
Vi 负半周，T2 导通，负载线是自 Q 点出发，斜率为
乙类甲乙类互补对称功率放大电路(PPT课件)
计划学时：8 基本要求：掌握功率放大电路的一般问题，乙类、甲乙类 互补对称功率放大电路；了解集成功率放大器。 教学重点难点：乙类互补对称功率放大电路的结构和工作 原理 基本内容： 1) 功率放大电路的一般问题 2) 乙类双电源互补对称功率放大电路 3) 甲乙类互补对称功率放大电路 4) 集成功率放大器
Vom
2
8.3.2 分析计算
2. 管耗PT
单个管子在半个周期内的管耗 vo 1 π PT1 = (VCC vo ) d(ω t ) 0 2π RL Vomsint 1 π ( V V sin t ) d( t ) CC om
2π
0
RL
2
V 1 π VCCVom ( sint om sin2t ) d( t ) 2π 0 RL RL 2 1 VCCVom Vom ( ) RL π 4 2 2 VCCVom Vom 两管管耗 PT = PT1 PT2 ( ) RL π 4
图解分析
8.3.2 分析计算
1. 最大不失真输出功率Pomax
( Pomax = VCC VCES 2 RL )2
(VCC VCES ) 2 2 RL
忽略VCES时 实际输出功率
Pomax
V CC 2 RL
2
Po = Vo I o
Vom
Vom 2 2 RL 2 RL
8.2 射极输出器——甲类放大的实例
当 VCC VEE 15V
I BiAS
VBIAS=0.6V 放大器的效率
η Pom ( PVC PVE ) 100 % 24 .7%
效率低 end
8.3 乙类双电源互补对称 功率放大电路
四种工作状态 根据正弦信号整个周期 内三极管的导通情况划分 甲类：一个周期内均导通 乙类：导通角等于180° 甲乙类：导通角大于180° 丙类：导通角小于180°
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2018/10/11 北京航空航天大学202教研室 20
解：1.直流电源供给功率
PE P o 2P T1 22.25W
效率 2. 单管耗
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vi t v´o t v"o
死区电 压
+VCC
T1
vi T2 交越失真
iL RL
vo
t
vo t
-VEE
交越失真：输入信号 ui在过零前后，输 出信号出现的失真便为交越失真。
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乙类放大的特点：
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；
2.5.1 乙类推挽输出级的工作原理
甲乙丙类说明
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工作原理（设vi为正弦波）
T1
+VCC
电路的结构特点： 1. 由NPN型、PNP型三极管构成 两个对称的射极输出器对接而 成。
2. 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电容。 T2 -VEE
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0
TL回路必须满足两个条件： （1）在TL回路中必须由偶数个正偏发射结 （2）顺时针方向和逆时针方向得正偏结数量 必须相等。
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根据上面两个条件有：
iCk iCk ( VTk ln ) CW ( VTk ln ) CCW k 1 k 1 I Sk I Sk
3
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如 使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。 例1： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
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例2：温度控制 R1-R3:标准电阻 Ua : 基准电压 Rt :热敏电阻 A：电压放大器
2( Rs rbe ) 2( Rs rbe ) 2( Rs rbe ) 2( Rs rbe )
返回
Rod Kcmr
2 Rc
0
2 Rc 0 Rc Rc
Ac c
Rc 2 Rcm
同上
单端和双端输入的差模和共模特性及其分析是相同的 单端和双端输出的差模和共模特性及其分析有明显的区别 2018/10/11 北京航空航天大学202教研室
P112，式2.5.2
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乙类功放演示
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2.5.2.2 单管最大平均管耗
设：vo Vom sin t 单管平均管耗：
1 PT1 2 1 2 VCC
选用功放管的依据之一
0
(VCC
vO 1 v O ) d (t ) RL 2
2 V om 2
0
[(VCC
Vom Vom sin t ) sint ]d (t ) RL
0
2 VCCVom 1 VCCVom Vom [ sin t sin t ]d (t ) ( ) RL RL RL 4
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小结：功率放大电路
乙类互补推挽
图解法
功率 效率
电流模电路基础
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作业：
• 第二章 P112 的图2.5.3
– – – – 输出功率 单管最大平均管耗电源功率 最大可能管耗-
vi
iL
RL
vo
静态分析：
vi = 0V T1、T2均不工作 vo = 0V T1 ic1
+VEE
因此，不需要隔直电容。
动态分析： vi > 0V T1导通，T2截止 iL= ic1 ; T1截止，T2导通 vi ic2 -VEE
iL
RL T2
vo
vi 0V
iL=ic2
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式， 称为乙类放大。
Po 12.25 54% PE 22.25
Vom Vim VBE 20V
2 om
输出功率 P o V
2RL 20 (2 *8) 25W
2
2 1 VCCVom Vom 1 20* 20 (20) 2 P ( ) [ ] 3.4W T1 RL 4 8 3.14 4
差动放大电路回顾
基本BJT差放 JFET共源差放 有源负载BJT共射差放
大信号特性 微变特性 Rid，Rod， Avd 有源负载差放从电路结构上 看虽然是单端输出，但其差 模传输跨导等于一个共射放 大管的跨导，所以它有双端 输出功能或称为单端-双端转 换功能
实际差放-共模抑制比 实际共射差放的输入失调特性
管子工作状态 管子工作范围
放大微弱信号Av大
阻容耦合或直接 耦合 甲类 小区域 微变等效电路 非线性失真小 增益/频响等
分析工具 波形情况 研究重点
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甲/乙/甲乙/丙 尽限运用 图解法 非线性失真大
Po/效率/失真度/散热
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2.5 乙类推挽输出级 电路与功率放大器
VCC 1 π VCC I1 sin td(t ) 2π 0 RL πRL VCC P113，式2.5.7 I 2 I1 πRL
两个电源提供的最大总功率为：
PE max PE1max PE 2 max
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2 VCC 2VCC 2VCC πRL πRL
(2) 每管导通时间等于半个周期 ；
(3) 存在交越失真。
+VCC
T1
vi T2
iL RL -VEE
vo
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减小交越失真的方法：为T1，T2提供较小的初始静态偏置电流 用D1，D2为T1，T2 提供偏置电压，可知 如果D1，D2和T1，T2 的发射结参数相同则 ID1=ID2=IE1=IE2 这种电路称为甲乙类互补 推挽放大器，因静态电流 小，在输出功率，功耗和 效率上与乙类十分相近
( J ) CW ( J ) CCW
在含有偶数个正偏发射结、且顺时针方向结的数量与逆时针 方向结的数量相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度 之积等于逆时针方向发射极电流密度之积。
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考虑TL回路中发射区面积之比时：
( 1 1 iCk ) CW ( iCk ) CCW Ak Ak
io
iz i y ix
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2.6.5 电流模电路的特点 2.6.5.1 阻抗电平区别
理想电流放大器应该具有零输入阻抗和无穷大输出阻抗。
2.6.5.2 动态范围大 在很低的电源电压下（0.7~1.5V）动态范围可达nA～mA （甚至10pA～mA）的数量级变化。 2.6.5.3 速度快，频带宽 频带宽度接近于fT 2.6.5.4 传输特性非线性误差小，非线性失真小 传输特性基本保持直线
式2.5.8
17
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Po max
2.5.2.4 效率
最大效率为：
I cm 2
Vcem
2 VCC 2 2 RL
PE max
2 2VCC πRL
max
Po max 78.5% PE max 4
2.5.2.5 最大平均管耗与最大输出功率的关系
PT1 max 0.2Po max
最大可能功耗：负载影响
PC max
2 2 2 VCC VCC VCC 2 RL 4RL 4RL
PC max 0.5Po max
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2 V 最大有效值之 P CC 积(定义影响) o max 2 RL
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例题 :不考虑交越失真， Vcc 20(V) RL 8() 计算：1. vi 10 2 sin t (V) 时，输出功率、管耗、直流电 源供给功率、效率; 2. Vim Vcc 时的以上值。 解：1. Vom Vim VBE 10 2 14V 2 2 输出功率 P o Vom 2RL 14 (2 *8) 12.25W
gm IC VT
可知，跨导gm和集电 极电流IC成线性关系
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2.6.3 跨导线性（TL）回路原理
vBE 2 vBE 4 vBE3 vBE1 0
VT j ln
j 1 n
iCj I Sj
0
消去VT得：
ln
j 1
n
iCj I Sj
R1 a
R3 b + + - A uo1
功 放 uo
R2
Rt
温控室 温度调节 过程
室温T T
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加 热 元 件
UO1 UO
Rt
Ub
5
功放的特殊性 电压放大器 功率放大器