第6章 功率放大电路 6.1 功率放大电路的特殊问题 输出功率为主要技术指标。 晶体管起能量转换作用： 电源提供的直流电能转化为由信号控制的输出交变电能。 功率放大简称功放， 与电压放大电路相比较，主要考虑以下问题。

6.1 功率放大电路的特殊问题 ⑴ 输出大功率 输出功率是指受信号控制的输出交变电压和交变电流的乘积，即负载所得到的功率。 要求功放管输出大电流和电压。 功放管工作在接近极限状态，选择功放管要考虑极限参数。

⑵ 提高效率 功率放大电路的效率(Efficiency)是指负载得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。 提高效率可以在相同输出功率的条件下，减小能量损耗，减小电源容量，降低成本。

⑶ 减小失真 原因：功率放大电路的工作电流和电压要超过特性曲线的线性范围，甚至接近于晶体管的饱和区和截止区。 造成非线性失真较严重，因此在使用中必须兼顾提高交流输出功率和减小非线性失真这两方面的指标。

⑷ 改善热稳定性 原因：集电结上损耗功率大，会引起功放管结温上升，可能会导致管子烧毁。 因此大功率管都要安装散热器，以便获得大的输出功率。 如何提高效率？

甲类工作状态 管子导通时间为一个周期。在单管放大电路中，为了得到不失真的输出波形，将静态工作点设置在合适位置。 静态时功耗大。 iC Q t uCE Q (a) 甲类iC大于0

乙类工作状态 导通时间为半个周期。其工作点设置在截止区。 出现了严重的波形失真。 iC Q uCE t (c) 乙类iC = 0的时间为半个周期

甲乙类工作状态 导通时间大于半个周期，小于一个周期。其工作点设置靠近截止区。 甲乙类放大，减小了静态功耗，但也出现了严重的波形失真。 iC t uCE Q (b) 甲类iC = 0的时间小于半个周期

功率放大器：希望输出功率大，电源功率消耗少，效率高。 甲乙类和乙类放大：减小了静态功耗，但都出现了严重的波形失真。 为了利用其效率高的优点，克服其削波失真的缺点，通常采用乙类互补对称放大电路。

6.2 互补对称功率放大电路 1. 双电源互补对称电路 ⑴ 电路组成 双电源互补对称电路又称无输出电容电路，简称OCL(Output Capacitor Less) 电路。 +VCC -VCC ui uo T1 io T2 RL + _ 静态 ⑴ 电路组成 ui t uo t 动态 iC1 iC2

交越失真 由于T1、T2管输入特性存在死区，所以输出波形在信号过零附近产生失真——交越失真。 原因：假设T1、T2的死区电压都是0.6V，那么在输入信号电压|Ui|≤0.6V期间，T1和T2截止，输出电压为零，得到如图所示失真了的波形， 图6-3交越失真波形 ui uo t

消除交越失真的办法 让T1和T2在静态时就微导通。 为此在T1和T2的基极之间接入一个直流电压。 uo +VCC T1 R3 D1 R1 T2 RL -VCC + ui _ D2 图6-4 消除交越失真的电路 让T1和T2在静态时就微导通。 为此在T1和T2的基极之间接入一个直流电压。 无论信号为正或为负，都至少有一个管子导通，交越失真也就不存在了。

⑵ 分析计算 ① 输出功率 在对互补对称电路进行分析计算时。由于管子在大信号下工作，所以必须利用图解分析进行分析。 为了便于观察互补电路中的每个管子的电流电压波形，把T2管特性曲线倒置于T1管特性曲线的右下方，并令二者在UCEQ = VCC处对准，如图所示。 负载线通过Q点(UCE =VCC，iC=0)，且斜率为 的直线。

π t iC1 Q uCE1 iC2 uCE2 uCES 2VCC uce1 uce2 VCC Ucem 2π P T1 T2 N T2导通 uCE1 iC2 uCE2 uCES 2VCC uce1 uce2 VCC Ucem T2导通 T1导通 T1截止 T2截止 π 2π -1/RL P T1 T2 N

① 输出功率 输出功率Po可以根据功率表达式P = U2/R（U是交流有效值）求得，即

① 输出功率 理想条件下的最大输出功率 若输入的正弦信号的幅度足够大，并忽略管子的饱和压降UCES。 RL上最大的输出电压幅度Ucem=VCC。在此理想条件下，最大输出功率为

② 效率 输出功率占电源供给功率的比率称为效率，用η表示，η=PO/PV。 由于每个电源只提供半个周期的电流，所以总电源功率PV为

② 效率 在理想情况下，Ucem=VCC，则最大效率为

③ 功率管的选择 消耗在晶体管的功率PT=PV－PO，由于PO与PV均与信号的幅值有关，故PT也随之变化。 为了求出何时管耗最大，令 上式对K的导数为0时，PT将为最大值

将其代入PT式中得 每个管子的管耗约为0.2POmax，当输出功率最大(K=1)时，总管耗约为0.27POmax。

功率管的要求 若想得到预期的最大输出功率，则功率管的有关参数应满足下列条件： ⑴每只功率管的最大管耗PCM≥0.2POmax； ⑵功率管c-e极间的最大压降为2VCC，所以应选|U(BR)CEO|>2VCC； ⑶功率管的最大集电极电流为VCC/RL，因此晶体管的ICM不宜低于此值。

2. 复合互补对称电路 ⑴ 复合管(Darlington Connection) 存在的问题：大功率输出极的工作电流大，而一般大功率管的电流放大系数都较小。 通常采用所谓“复合管”的办法来解决。 设有两只晶体管，把前一只管的集电极或发射极接到下一只管的基极，这种连接所形成的晶体管组合称为复合管

2.复合互补对称电路 c e b T1 T2 iB iC≈β1β2iB iE iB iE b iC c e (a) NPN型

2.复合互补对称电路 e c b T1 T2 iB iE≈β1β2iB iC iB iC b iE e c (b) PNP型

2.复合互补对称电路 c e b T1 T2 iB iC≈β1β2iB iE iB iE b iC c e (c) PNP型

2.复合互补对称电路 c e b T1 T2 iB iC≈β1β2iB iE iB iE b iC c e (d) NPN型

2.复合互补对称电路 复合管构成规则 iB向管内流的复合管等效为NPN管； iB向管外流的复合管等效为PNP管； iB的流向由T1管的基极电流决定，即由T1管的类型决定。 必须保证每只管各电极的电流都能顺着各个管的正常工作方向流动；否则将是错误的。

⑵ 准互补对称电路(Quasi Complementary Emitter Follower) 互补对称电路中，两个输出管是互补工作的，因而要求两管为不同类型，一个为NPN型，而另一个则为PNP型。 为了满足电路对称就要求两管特性一致。 这对NPN和PNP两种大功率管来说，一般是难以实现的，尤其是当一个是硅管另一个是锗管时，若要两管特性一致，最好使T3和T4是同一种型号的管子。

+VCC -VCC Rb1 R D1 T1 T2 Rb2 D2 Re1 Rc2 RL T3 T4 Re4 Re3 NPN PNP uo ui + - 图6-8 准互补对称电路

3. 单电源互补对称电路 ⑴ 电路组成 双电源互补对称电路，需要两个独立电源，这给使用上带来不方便。 所以实用上常采用单电源互补对称电路，如图6-9所示。它去掉了负电源，接入一个电容C，称为无输出变压器电路，简称OTL(Output Transformer Less)电路。V1、V2是为了克服交越失真而接入的正向偏置电源，在实际电路中可用两个二极管来代替。

动态时 iC1 t - iC2 uI uo t ui +VCC V1 V2 T1 NPN PNP iC1 iC2 io uo + - T2 - iC2 uI uo t ui +VCC V1 V2 T1 NPN PNP iC1 iC2 io uo + - T2 E I C RL VCC 1 2 + 电容充放电回路时间常数远大于信号周期，电容两端电压基本不变。 电容上具有的恒定电压VCC/2，则可看作信号负半周时T2管的直流电源。 静态时使UE =VCC/2，I点电位UI以VCC/2为基准上下变化，T1、T2轮流导通，实现双向跟随。 动态时 图6-9 单电源互补对称原理电路

⑵ 分析计算 由上面的分析可以看出，单电源互补对称电路实质上等效于具有±VCC/2双电源的互补对称电路。 分析计算时只要把VCC/2替换前面式中的VCC就可以得出单电源互补对称电路的输出功率、直流电源供给的功率和效率等。

① 输出功率 理想条件下最大电压幅值Ucem=VCC/2， 所以

② 效率 直流电源供给的功率为PV 理想条件下，最大效率为 可见在理想条件下，OCL和OTL电路的最大效率相同。

6.3 集成功率放大器简介 以LM384为例 VCC T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 R1 D1 D2 Co ui uo 25K 1K 150K 0.5 T1~T4复合差动输入 T5、T6有源负载 T7、T8、 T9、和D1、D2互补对称输出 T10、T11有源负载 T12共射放大

6.3 集成功率放大器简介 LM384外部接线图 LM384允许的最大电源电压为28V。 VCC 当VCC=26V时，Po=7.6W，失真约为5%。 LM384 3、4、5、7、10、11、12 10k 0.1uF 500uF 5uF ui VCC 6 2 8 14 1