第9章 低频功率放大电路

第九章低频功率放大电路
一个实用的放大器通常含有三个部分：输入级、中间级及输出级，其任务各不相同。

一般地说，输入级与信号源相连，因此，要求输入级的输入电阻大，噪声低，共模抑制能力强，阻抗匹配等；中间级主要完成电压放大任务，以输出足够大的电压；输出级主要要求向负载提供足够大的功率，以便推动如扬声器、电动机之类的功率负载。

功率放大电路的主要任务是：放大信号功率。

9.1 低频功率放大电路概述
9.1.1 分类
功率放大电路按放大信号的频率，可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。

前者用于放大音频范围（几十赫兹到几十千赫兹）的信号，后者用于放大射频范围（几百千赫兹到几十兆赫兹）的信号。

功率放大电路按其晶体管导通时间的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等四种。

乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通，有电流通过；甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号周期内，管子导通时间大于半周而小于全周；丙类功率放大电路的特征是管子导通时间小于半个周期。

9.1.2 功率放大器的特点
功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下三个主要特点：
1.输出功率要足够大
功率放大电路的任务是推动负载，因此功率放大电路的重要指标是输出功率，而不是电压放大倍数。

2.效率要高
效率定义为：输出信号功率与直流电源供给频率之比。

放大电路的实质就是能量转换电路，因此它就存在着转换效率。

3.非线形失真要小
功率放大电路工作在大信号的情况时，非线性失真时必须考虑的问题。

因此，功率放大电路不能用小信号的等效电路进行分析，而只能用图解法进行分析。

9.1.3 提高输出功率的办法
1.提高电源电压
选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。

2.改善器件的散热条件
直流电源提供的功率，有相当多的部分消耗在放大器件上，使器件的温度升高，如果器件的热量及时散热后，则输出功率可以提高很多。

9.1.4 提高效率的方法
1.改变功放管的工作状态
在乙类功率放大电路中，功放管静态电流几乎为零，因此直流电源功率为零。

当输入信号逐渐加大时，电源提供的直流功率也逐渐增加，输出信号功率随之增大，所以乙类功率放大效率比甲类的要高。

2.选择最佳负载
功放三极管若工作在乙类放大状态下，当负载改变时，交流负载线的斜率也会改变，故输出功率也改变。

存在最佳负载R使效率提高。

9.2 互补对称功率放大电路
单管甲类功率放大电路虽然简单，只需要一个功率管便可工作。

由于它的效率低，而且为了实现阻抗匹配，需要用变压器，而变压器具有体积大、重量重、频率特性差、耗费金属材料、加工制造麻烦等缺点，因而，目前一般不采用单管功率放大电路，而采用互补对称功率放大电路。

9.2.1 双电源互补对称电路（OCL电路）
1.电路组成和工作原理
它的电路图如下图所示：图中的三级管分别为：NPN管和PNP管。

它在工作时要保持很好的对称性，并且正负电源对称，它们均工作在乙类。

2.指标计算
最大输出功率Po ：
注：如果是单电源功率放大电路，则：
3.存在问题
（1）交越失真。

我们在分析时，是把三级管的门限电压看作为零，但实际中，门限电压不能为零，且电压和电流的关系不是线性的，在输入电压较低时，输出电压存在着死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生失真。

这种失真出现在通过零值处，因此它被称为交越失真。

克服交越失真的措施是：避开死区电压区，使每一晶体管处于微导通状态。

当输入信号一旦加入，晶体管立即进入线性放大区。

而当静态时，虽然每一个晶体管处于微导通状态，由于电路对称，而两管静态电流相等，流过负载电流为零，从而消除了交越失真。

（2）用复合管组成互补对称电路。

功率放大电路的输出电流均很大，而一般功率管的放大系数均不大。

而复合管不仅解决了大功率管β低的困难，而且也解决了大功率管难以实现互补对称的困难，故在功率放大电路中广泛采用了复合管。

9.2.2单电源互补对称电路（OTL电路）
双电源互补对称电路需要两个正负独立电源，因此有时很不方便。

当仅有一路电源时，则可采用单电源互补对称电路。

它有时又被称为无输出变压器电路，OTL电路（Output Transformer Less）。