7.3 7.3 功率放大电路功率放大电路7.3.1 7.3.1 互补对称功率放大电互补对称功率放大电

路路

7.3.2 7.3.2 集成功率放大器集成功率放大器

例： 扩音系统 执行机构

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。

功率放大

电压放大

信号提取

概述

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功率放大与电压放大的区别1 。后者只能给出放大的电压，不能给出大电流， 所以其功率输出并不大。而前者则既要输出大电压，又要输出大电流。2。两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以对器件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极管，电阻，电容等。2。后者对电源转换效率要求不高，因为输出功率较小，所以电源本身功耗不大，一般可以不考虑功率损耗。而前者对电源要求高，电路设计中要提高能量转换效率。

尤其是便携式，移动式设备中对此要求更高。HOMEHOME

设计功放电路应注意的问题

(1) 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 。

ICM

PCM

UCEM

Ic

uce

工作区

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(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。即动态范围要尽可能大。

(3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。

Pomax : 负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。

%100max E

o

P

P

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射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，是否可以作功放呢？

问题讨论

Rb

uo

UCC

ui

ib

RE

射极输出器能否做功率放大？

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Rb

uo

UCC

ui RE

考虑最理想的情况：设负载开路，此时输出电压最大；同时忽略管子压降。

uo

t uo

ibQ

ic

uceUCC

首先做负载线确定工作点 Q

注意是 uo 而不是 uceHOMEHOME

E

CC

R

U

忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号 uo 的峰值最大只能为：

Q

Ic

uCE

UCC

直流负载线

UCEQ = 0.5UCC

则静态工作点：

为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（ Q ）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真 ，如下图所示。再按照最理想情况：

因负载开路，所以交直流负载线合一

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L

CC

E

CCCQ

RU

RUI

5.0

5.0

CCo UU 5.0max

E

CC

R

U

%25maxmax

E

OP

P

放大电路的 Q 设在负载线中间，输出无失真，称为甲类放大。

)sin(

tII

iIi

cmCQ

cCQC

1. 直流电源输出的功率

2. 最大负载功率

3. 最大效率(RL 开路时 , 最理想的情况 )

[IcQ=(UCC/2)/RL]

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T

CCCE dtiUT

P0

1

L

CCCQCC

T

CCC

T

CCCE RUIUdti

T

UdtiU

TP 2

1 2

00

L

CC

L

CC

L

om

O RU

R

U

R

U

P 82

5.02 2

22

max

max

如何解决效率低的问题？办法：减小静态损耗。即降低 Q 点位置。

既降低 Q 点又不会引起截止失真的办法：

互补对称射极输出器。

缺点：会引起截止失真。

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(8-11)HOMEHOME

互补对称功放的类型

无输出变压器形式 （ OTL 电路）

无输出电容形式 （ OCL 电路）

OTL: Output TransformerLess

OCL: Output CapacitorLess

互补对称：电路中采用两支晶体管， NPN 、 PNP 各一支；两管特性一致。

类型：

7.3.1 互补对称功率放大电路

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1. OCL 互补对称功放电路

电路的结构特点：

ui

-UCC

V1

V2

uo

+UCC

RL

iL

1. 由 NPN 型、 PNP 型三极管构成两个互补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。直接耦合。

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(8-14)HOMEHOME

ic1

（ 2 ）动态分析：

ui 0V V1 截止， V2 导通

ui > 0VV1 导通， V2 截

止iL= ic1 ;

ui

-UCC

V1

V2

uo

+UCC

RL

iL

iL=ic2

V1 、 V2 两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。

因此，不需要隔直电容。

（ 1 ）静态分析：

ui = 0V V1 、 V2 均不工作 uo = 0V

ic2

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乙类放大的输入输出波形关系 :

ui

-UCC

V1

V2

uo

+UCC

RL

iL

死区电压

ui

uo

u"o

u´o ´

t

t

t

t

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。交越失真

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(8-17)HOMEHOME

ui

-UCC

V1

V2

uo

+UCC

RL

iL

(1) 静态电流 ICQ 、 IBQ 等于零；

(2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。

乙类放大的特点：

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(8-19)HOMEHOME

（ 3 ）参数计算假设 ui 为正弦波且幅度足够

大， V1 、 V2 导通时均能饱和，此时输出达到最大值。

ULmax

负载上得到的最大功率为：

iL

-UCC

RL

ui

V1

V2

UL

+UCC

若忽略晶体管的饱和压降，则负载（ RL) 上的电压和电流的最大幅值分别为：

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L

CCL

CCL

RUI

UU

max

max

L

CC

L

CCCCo R

U

R

UUP

2

1

22

2

max

电源提供的直流平均功率计算：

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为 :

两个电源提供的总功率为：

UCC1 =UCC2 =UCC

t

ic1

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L

CC

R

U

01 )(sin2

1

L

CC

L

CCav R

Uttd

R

UI

L

CCavav R

UII

12

L

CC

L

CCCCEEE R

U

R

UUPPP

2

21

22

效率为：

结论： OCL 电路效率较高； 电流、电压波形存在失真。

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%5.7842

22

2

max

L

CC

L

CC

E

o

R

UR

U

P

P

L

CC

L

CCCCo R

U

R

UUP

2

1

22

2

max

L

CC

L

CCCCEEE R

U

R

UUPPP

2

21

22

电路的改进1. 克服交越失真

交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性， ui <uT 时晶体管截止。

iBiB

uBE t

ui

tUT

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克服交越失真的措施：

R1

V1

V2

R2

+UCC

-UCC

ULui iL

RL

V1

V2

静态时 V1 、 V2 两管发射结电

位分别为二极管 V1 、 V2 的

正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。

电路中增加 R1 、 V1 、V2 、 R2 支路。

0V

+0.6V

-0.6V

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R1

V1

V2

R2

+UCC

-UCC

ULui iL

RL

V1

V2

两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大” 。

动态时 设 ui 加入正弦信号。正半周， VB 上升， V2 截止，

V1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；

负半周， VB 下降， V1 截止，V2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。

B

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uB1

tUT

t

iB

IBQ

甲乙类放大的波形关系：

ICQ

iC

uBE

iB

ib

特点：存在较小的静态电流 ICQ 、 IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。

iC

Q uce

UCC /RE

UCC

IBQ

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2. 电路中增加复合管增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：

c

b

e

V1

V2

ib

ic b

e

c

ib

ic方式一：

bccc

bc

bebbc

iiii

ii

iiiii

)1(

,

,)1(,

12121

222

11211

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b

e

c

ib

ic

1 2

晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。

方式二：

c

b

e

V1

V2

ib

ic

复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：

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在图 7.36 所示电路中， UCC1= UCC2= UCC=24V ； RL=8Ω ，试求：

(1) 当输入信号 Ui=12V(有效值 ) 时，电路的输出功率、

管耗、直流电源供给的功率及效率。

(2) 输入信号增大至使管子在基本不失真情况下输出最大功率时，互补对称电路的输出功率、管耗、电源供给的功率及效率。

(3) 晶体管的极限参数。

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例 7.8

WR

UP

L

omo 1.18

8

17

2

1

2

1 22

WUR

UP CC

L

omU 5.3224

8

1722

%7.555.32

1.18

U

o

P

P

解 :(1) 在 Ui=12V有效值时的幅值为：

　　　 Uim=　　 Ui≈17V　，即 Uom≈Ui=17V 。2

PV = PU – Po = 32.5 – 18.1 =14.4W

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WR

UP

L

CCom 36

8

24

2

1

2

1 2

WR

UP

L

CCUm 8.45

8

2422 22

%5.788.45

36

Um

om

P

P

(2) 在最大输出功率时，最大输出电压为 24V 。

PV = PU – Po= 45.8 - 36 = 9.8W ( 此时两管的功耗并

不是最大功耗 )

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AR

UI

L

CCCM 3

8

24

(3) 晶体管的极限参数

PCM≥0.2Pom=0.2×36=7.2W( 每一管 )

U(BR)CEO≥2UCC=2×24 = 48V

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2. OTL 互补对称功放电路

(1) 、特点1. 单电源供电；2. 输出加有大电容。

(2) 、静态分析

则 V1 、 V2 特性对称，

先调静态工作点令：UB=0.5UCC

0.5UCC

RL

ui

V1

V2

+UCC

CA

UL

+ -UCB

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,2CC

A

UU

2CC

C

UU

(3) 、动态分析设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入正弦信号。

若输出电容足够大， UC基本保持在 0.5UCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。

ic1

ic2

交越失真

RL

ui

V1

V2

+UCC

CA

UL

+ -

时， V1 导通、 V2 截止；

0.5UCC

ui

t电容 C 起电源作用

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2CC

i

Uu

时，2CC

i

Uu

V1 截止、 V2 导通。

(4) 、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：

%5.784

max

E

L

P

P

uL ULmax

ui

t

t

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L

CCavCCE R

UIUP

2

2

)(sin22

10

ttdR

UI

L

CCav

L

CCLLL R

UIUP

822

2

maxmaxmax

L

CCL

CCL R

UI

UU

22 maxmax 、

2CCU

(8-36)HOMEHOME

　在图 7.41所示电路中，已知： RB1=22kΩ 、 RB2=47

kΩ、 RE1=24Ω 、 RE2= RE3=0.5Ω、 R1=240Ω、 RP=

470Ω、 RL=8Ω， V2 为 3DD01A、 V3 为 3CD10A，

V4 、 V5 为 2CP。试求： (1)最大输出功率； (2)若负

载 RL 上的电流为 iL=0.8sinωt（ A）时的输出功率和

输出电压幅值。 (1) 最大输出功率

WR

UP

L

CC

om 98

12

2

1)2

1(

2

1 22

(2) 输出功率Wpo 56.288.0

2

1 2

输出电压幅值 U om=0.8 ×8=6.4V

解：

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例 7.9

图 7.41

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实用 OTL 互补输出功放电路

调节 R, 使静态UAQ=0.5UCC

V1 、 V2 使 b1 和 b2 之间的电位差等于 2 个二极管正向压降，克服交越失真。

Re1 、 Re2 ：电阻值 1~2 ，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。

V1

V2

ui

+UCC

RL

V1

V2

V3

CR

BRe1

Re2

b1

b2

A

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(8-40)

7.3.2 7.3.2 集成功率放大器集成功率放大器

内部设有静噪抑制电路，因而接通电源时爆破噪声很小。它具有电源电压范围宽，降压特性良好等优点，适用于各种收录机。主要参数为：电源 9V、输出功率 2.3W、输入阻抗 20kΩ、电压增益 68dB、谐波失真 2% 。

1. 音频集成功率放大器(1) SL 4112

图 7.42 SL 4112引脚图

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(8-41)

图 7.43 SL 4112应用电路

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(8-42)

该集成功放接线简单，既可以接成 OCL电路，又可以接成 OTL电路，广泛应用于音响设备中。其内部设有短路保护电路，具有过热保护能力。主要参数为：电源 6~18V、输出功率 9W、输入阻抗 5MΩ、电压增益 30dB、谐波失真 0.2% 。

(2) TDA 2030

TDA 2030 引脚图

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(8-43)

图 7.44 TDA 2030 应用电路 HOMEHOME

(8-44)

2. 双音频集成功率放大器(1) BTL电路

BTL功率放大器，其主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比 OCL或 OTL电路大几倍的输出功率。

图 7.45 BTL原理电路HOMEHOME

(8-45)

静态时，电桥平衡，负载 RL 中无直流电流。动态时，

桥臂对管轮流导通。在 ui 正半周，上正下负， V1 、 V4

导通， V2 、 V3 截止，流过负载 RL 的电流如图中实线所

示；在 ui 负半周，上负下止， V1 、 V4 截止， V2 、 V3

导通，流过负载 RL 的电流如图中虚线所示。忽略饱和压

降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为 UCC 的输

出信号电压。

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(8-46)

(2) LM378

LM378的外形及管脚如图7.46所示。主要参数为：电源10~35V、输出功率 4W/信道、输入电阻 3kΩ、电压增益 34dB、带宽 50kHz。

图 7.46 LM378引脚图

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(8-47)

① 反相立体声放大器

图 7.47 简单反相立体声放大器HOMEHOME

(8-48)

② 桥式结构单放大器

图 7.48 BTL电路HOMEHOME

(8-49)

TDA 1519 内部设有多种保护电路 ( 负载开路、 AC 及 DC

对地短路等 ) ，并有静噪控制及电源等待状态等功能。它在双声道工作时只要外接 4 只元件， B

TL 工作时只要外接 1 只元件，无需调整就能满意地工作。主要参数为：电源 6~18V 、输出功率5.5W(单声道， RL=4Ω) ~ 22W(B

TL ， RL=4Ω) 、电压增益 40dB

(立体声 ) ~ 46dB(BTL) 、谐波失真 10% 。　

(3) TDA 1519

图 7.49 TDA1519引脚图　　

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(8-50)

(a) 立体声电路

图 7.50 TDA1519典型应用HOMEHOME

(8-51)

(b) 　 BTL电路

图 7.50 TDA1519典型应用HOMEHOME

(8-52)

3. 场输出集成功率放大器

场输出集成功率放大器是用于显示器、电视机场扫描电路的专用功率放大器，内部采用泵电源型 OTL电路形式，封装一般为单列直插式。

(1) 泵电源电路

图 7.51所示为 IX0640CE和外围元件组成的场

输出电路。图中 V4 、 V5 、 V6 、 V7 及外接元件V8 、

C构成泵电源电路。

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(8-53)

　　　　　 图 51 IX0640CE组成的场输电路

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(8-54)

图 7.52 IX0640CE引脚图

在场输出锯齿波正程期内，电源通过 V8 及 V6

对 C 充电， C 两端电压很快充到 UCC ，极性为上正下负。 在场输出锯齿波逆程期间，电源电压 UCC 与电容 C 上的电压串联供电，场输出级电源电压上升为2UCC ，实现了泵电源供电，即在场扫描正程期间采用低电压供电，而在逆程期间采用高电压供电。

(2) 应用电路

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(8-55)

　　 IX0640CE的应用电路如图 7.51所示。场锯齿波信

号从 P4进入集成功放后首先加在 V1 的基极，经过 V1

放大后推动 V2 、 V3组成的互补推挽场输出电路，再从

P2脚输出送场偏转线圈，实现功率放大。 TDA8172的外形及引脚如图 7.53(a)所示。　　　

　　　　　　图 7.53(a) TDA8172引脚图 HOMEHOME

(8-56)

图 7.53(b) TDA8172组成的场输出电路

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(8-57)

　　 场锯齿波信号经RP1 、 R2从P1脚进入集成功放，调节RP1 可以改变场幅；

RP2 、 C2组成微分电路，由于 C2 和 C3 的存在对锯齿波中的高频分量分流作用大，对低频分量分流作用小，因此它们构成预失真，以使场偏转线圈中锯齿波电流线性良好；

R3 、 R4 构成直流反馈，可稳定工作点； C3 用来滤除反馈信号中的交流成分；

R5、 R6为交流电流负反馈，改善锯齿波电流线性； V1、 C1同内部电路构成逆程泵电源，实现自举升压； 放大后的锯齿波信号从P5脚输出，送场偏转线圈； C4是输出耦合电容。 HOMEHOME

各元件作用 :

(8-58)

本章小结

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1.在低频放大电路中，共发射极电路是一种常用的电路。它的输出信号电压与输入信号电压相位相反，即具有倒相作用。 2.放大电路的工作既有静态又有动态。通过放大电路的直流通路可确定静态工作点 Q （ IB、 IC、 IUE）；要合理设置静态工

作点， Q 点 太高，可能工作到特性曲线的饱和区，产生饱和失真，Q 点太低，可能工作到特性曲线的截止区，产生截止失真。 3.放大电路的静态工作点，由于受温度、电源电压波动及晶体管老化等因素的影响而发生漂移，其中温度影响最大。常用分压式电流负反馈来稳定放大电路的静态工作点。 4.动态时放大电路的一个重要特点是电路中同时存在直流量和交流量两种成份。动态分析常用的方法是微变等效电路法，即用一个线性微变等效电路来代替三极管的作用。它的应用条件是建立在低频小信号和线性工作区。微变等效电路只能分析放大电路的动态工作情况，计算电压放大倍数 Au、输入电阻 ri、输出电阻 ro等。

(8-59)

5.在多级放大电路中，级与级之间的耦合方式有三种：阻容耦合、变压器耦合和直接耦合。多级放大电路将微弱的电压信号逐级放大，输出较大的功率，去推动负载正常工作。总的电压放大倍数为各级电压放大倍数的乘积，即 Au=Au1×Au2……AuN.

6.射极输出器是一种电压负反馈很强的共集电极放大电路，它的电压放大倍数小于且接近于 1，但具有电流和功率放大作用，并具有输入电阻高，输出电阻低的特点。常用作多级放大器的输入级、输出级或中间隔离级。

7.对电压放大电路，主要着眼于获得不失真的放大电压；对功率放大电路，则主要着眼于获得不失真的输出功率和具有较高的效率。换言之，即不但要求有一定的电压放大，也要有一定的电流放大。为了满足功放管工作的要求，常采用甲乙类或乙类放大。实践中常用的功放电路是互补对称电路。

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