功率放大器电路图-功率放大器工作原理与组成详解

功率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)电路图是本文主(zhu)要(yao)讲(jiang)的内(nei)容，我们先来看看什么是功率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)。功率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)（英文名称：power amplifier），简(jian)称“功放(fang)(fang)”，是指在(zai)给定失真(zhen)率(lv)(lv)条件下，能(neng)(neng)产生最大(da)功率(lv)(lv)输出以驱动(dong)某一(yi)负载（例如(ru)扬(yang)声器(qi)）的放(fang)(fang)大(da)器(qi)。功率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)在(zai)整个音(yin)响系统(tong)中(zhong)起到了“组织、协调”的枢纽作用，在(zai)某种程度(du)上主(zhu)宰着整个系统(tong)能(neng)(neng)否提供良好的音(yin)质输出。

功率放大器的基本组成

功率(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)通常由3部分(fen)组成：前置(zhi)放(fang)(fang)大(da)器(qi)、驱动放(fang)(fang)大(da)器(qi)、末级功率(lv)放(fang)(fang)大(da)器(qi)。

1、前(qian)置放(fang)大器(qi)起(qi)匹配作(zuo)用(yong)，其(qi)输入(ru)阻(zu)抗高（不小(xiao)于10kΩ），可以将前(qian)面(mian)的(de)信号(hao)大部分吸收过去，输出阻(zu)抗低（几(ji)十Ω以下），可以将信号(hao)大部分传送出去。同时，它本身又是一种电流(liu)放(fang)大器(qi)，将输入(ru)的(de)电压信号(hao)转化成电流(liu)信号(hao)，并(bing)给予(yu)适当(dang)的(de)放(fang)大。

2、 驱(qu)动放(fang)(fang)大(da)器(qi)起桥(qiao)梁(liang)作用(yong)，它将(jiang)前(qian)置放(fang)(fang)大(da)器(qi)送(song)来的(de)电流(liu)信(xin)号作进一步(bu)放(fang)(fang)大(da)，将(jiang)其放(fang)(fang)大(da)成中等功(gong)率的(de)信(xin)号驱(qu)动末级功(gong)率放(fang)(fang)大(da)器(qi)正常工作。如(ru)果没有驱(qu)动放(fang)(fang)大(da)器(qi)，末级功(gong)率放(fang)(fang)大(da)器(qi)不可能送(song)出大(da)功(gong)率的(de)声音(yin)信(xin)号。

3、末级功率放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)起关键作用(yong)。它将驱动(dong)放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)送来的(de)(de)电流(liu)信号(hao)形成大(da)(da)功率信号(hao)，带动(dong)扬声器(qi)发(fa)声，它的(de)(de)技术指(zhi)标(biao)决定了整个功率放(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)的(de)(de)技术指(zhi)标(biao)。

功率放大器工作原理

功(gong)率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路图，功(gong)率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)器工(gong)作(zuo)原理(li)解(jie)析(xi)。利(li)用(yong)(yong)三极(ji)(ji)管的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)控制作(zuo)用(yong)(yong)或场效应(ying)管的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压控制作(zuo)用(yong)(yong)将(jiang)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)转换为(wei)按照输(shu)入信(xin)(xin)号变化的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。因为(wei)声音是(shi)不(bu)(bu)同(tong)振(zhen)幅和不(bu)(bu)同(tong)频率(lv)(lv)的(de)(de)波，即交(jiao)流(liu)(liu)信(xin)(xin)号电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)，三极(ji)(ji)管的(de)(de)集(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)在放(fang)(fang)大(da)区中(zhong)恒为(wei)基极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)β倍(bei)，β是(shi)三极(ji)(ji)管的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)放(fang)(fang)大(da)系数，应(ying)用(yong)(yong)这一点(dian)，若(ruo)将(jiang)小信(xin)(xin)号注入基极(ji)(ji)，则集(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji)(ji)流(liu)(liu)过(guo)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)会等于基极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)(de)β倍(bei)，然后将(jiang)这个(ge)信(xin)(xin)号用(yong)(yong)隔直电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容隔离(li)出来(lai)，就得到了电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)（或电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压）是(shi)原先的(de)(de)β倍(bei)的(de)(de)大(da)信(xin)(xin)号，这现象(xiang)成为(wei)三极(ji)(ji)管的(de)(de)放(fang)(fang)大(da)作(zuo)用(yong)(yong)。经过(guo)不(bu)(bu)断的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)放(fang)(fang)大(da)，就完成了功(gong)率(lv)(lv)放(fang)(fang)大(da)。

高频功率放大器的基本电路结构图

功率放大器电路图

下面我(wo)们介绍几种常见的放大(da)电路：

低频电压放大器

低频(pin)电压放大器是(shi)指工作频(pin)率在(zai) 20 赫～ 20 千赫之间、输(shu)出(chu)要求有一定(ding)电压值而不(bu)要求很强的电流的放大器。

（1）共发(fa)射极放大电路(lu)

图1（a）是共(gong)发射极放(fang)大(da)电(dian)(dian)(dian)路(lu)。C1是输(shu)入电(dian)(dian)(dian)容，C2是输(shu)出电(dian)(dian)(dian)容，三极管VT就是起放(fang)大(da)作用(yong)的器件， RB 是基极偏(pian)置电(dian)(dian)(dian)阻 ，RC 是集电(dian)(dian)(dian)极负载(zai)电(dian)(dian)(dian)阻。1、3端(duan)(duan)是输(shu)入，2 、3 端(duan)(duan)是输(shu)出。3 端(duan)(duan)是公(gong)共(gong)点，通常(chang)是接地(di)的，也称“地(di)”端(duan)(duan)。静态(tai)时(shi)的直流通路(lu)见图1（b），动态(tai)时(shi)交流通路(lu)见图1（c）。电(dian)(dian)(dian)路(lu)的特点是电(dian)(dian)(dian)压放(fang)大(da)倍数从十几到一百多，输(shu)出电(dian)(dian)(dian)压的相位和输(shu)入电(dian)(dian)(dian)压是相反(fan)的，性能不够稳定，可用(yong)于一般场合(he)。

（2）分(fen)压式偏置(zhi)共发射(she)极放(fang)大(da)电(dian)路

图2比图1多用(yong)3个元件(jian)。基极电压(ya)(ya)是(shi)(shi)由RB1和(he)(he)(he)RB2分压(ya)(ya)取得的(de)(de)，所(suo)以称为(wei)分压(ya)(ya)偏置。发射极中(zhong)增加(jia)电阻 RE 和(he)(he)(he)电容(rong) CE ，CE 称交流旁路(lu)(lu)电容(rong)，对交流是(shi)(shi)短路(lu)(lu)的(de)(de); RE 则有直流负(fu)反馈作用(yong)。所(suo)谓(wei)反馈是(shi)(shi)指(zhi)把(ba)输(shu)出(chu)的(de)(de)变化通过某种(zhong)方式(shi)送(song)到输(shu)入(ru)端，作为(wei)输(shu)入(ru)的(de)(de)一(yi)部分。如果(guo)送(song)回部分和(he)(he)(he)原(yuan)来的(de)(de)输(shu)入(ru)部分是(shi)(shi)相(xiang)减的(de)(de)，就是(shi)(shi)负(fu)反馈。图中(zhong)基极真正的(de)(de)输(shu)入(ru)电压(ya)(ya)是(shi)(shi) RB2 上(shang)(shang)电压(ya)(ya)和(he)(he)(he) RE 上(shang)(shang)电压(ya)(ya)的(de)(de)差值，所(suo)以是(shi)(shi)负(fu)反馈。由于采取了上(shang)(shang)面两个措施，使电路(lu)(lu)工作稳定性能提高，是(shi)(shi)应用(yong)最广的(de)(de)放大电路(lu)(lu)。

（3）射极(ji)输出器(qi)

图3（a）是一个(ge)射(she)(she)极输出器。它(ta)的(de)(de)输出电压是从射(she)(she)极输出的(de)(de)。图3（b）是它(ta)的(de)(de)交流通路图，可以看到它(ta)是共集(ji)电极放大(da)电路。

这个图中，晶体(ti)管真(zhen)正的(de)输(shu)入(ru)是Vi和(he)Vo的(de)差值，所(suo)以这是一个交流负(fu)反(fan)馈很深的(de)电(dian)路(lu)。由于很深的(de)负(fu)反(fan)馈，这个电(dian)路(lu)的(de)特点是：电(dian)压放大(da)倍(bei)数(shu)小于 1 而接近 1 ，输(shu)出电(dian)压和(he)输(shu)入(ru)电(dian)压同相，输(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)高输(shu)出阻(zu)抗(kang)低，失真(zhen)小，频带宽，工(gong)作稳定。它经常被用作放大(da)器的(de)输(shu)入(ru)级、输(shu)出级或作阻(zu)抗(kang)匹配之用。

（4）低频放(fang)大器的耦合(he)

一个放(fang)大(da)器通常有(you)(you)好几级，级与级之间的联系就(jiu)称为(wei)耦合(he)。放(fang)大(da)器的级间耦合(he)方式(shi)有(you)(you)三种： ①RC 耦合(he)，见(jian)图(tu)4（a）。优(you)点(dian)是简单、成本低(di)。但(dan)性能(neng)不是最佳。 ② 变压器耦合(he)，见(jian)图(tu) 4 （b）。优(you)点(dian)是阻(zu)抗匹配好、输出功率和效率高，但(dan)变压器制作比较麻烦。 ③ 直接耦合(he)，见(jian)图(tu)4（c）。优(you)点(dian)是频带(dai)宽，可作直流放(fang)大(da)器使用(yong)，但(dan)前(qian)后(hou)级工作有(you)(you)牵制，稳定性差(cha)，设计制作较麻烦。

功率放大器

能把输(shu)入信号放大(da)(da)并向负载(zai)提供足够大(da)(da)的(de)功率的(de)放大(da)(da)器叫(jiao)功率放大(da)(da)器。例如收音机的(de)末(mo)级放大(da)(da)器就(jiu)是功率放大(da)(da)器。

（1）甲(jia)类单管功率(lv)放(fang)大(da)器

图 5 是单管功率(lv)放大器，C1是输入(ru)电(dian)容，T是输出(chu)变压器。它的集(ji)电(dian)极(ji)负载(zai)电(dian)阻 Ri′ 是将负载(zai)电(dian)阻 R L 通过变压器匝(za)数比折算过来(lai)的：

RC′=（ N1 N2 ）2RL=N2RL

负载(zai)电阻是低阻抗的扬声(sheng)器，用变压器可以(yi)起阻抗变换(huan)作用，使负载(zai)得到较(jiao)大的功率。

这(zhei)(zhei)个电(dian)(dian)路(lu)不管有(you)没有(you)输入(ru)(ru)信号，晶体管始终处于导通(tong)状，静态电(dian)(dian)流比(bi)较大(da)，困此集电(dian)(dian)极损耗较大(da)，效(xiao)率不高(gao)，大(da)约只(zhi)有(you) 35 %。这(zhei)(zhei)种工作状态被称为甲类工作状态。这(zhei)(zhei)种电(dian)(dian)路(lu)一般用在功率不太大(da)的(de)场(chang)合(he)(he)，它的(de)输入(ru)(ru)方式(shi)可以是变压器耦合(he)(he)也可以是 RC 耦合(he)(he)。

（2）乙类推挽功率(lv)放大器

图(tu)6是(shi)常用的(de)乙(yi)类(lei)推挽功率放大(da)电(dian)(dian)路。它(ta)由两个(ge)(ge)特性相(xiang)同的(de)晶体管组成对称电(dian)(dian)路，在没有输(shu)入(ru)信号时(shi)，每个(ge)(ge)管子都处于截止(zhi)状(zhuang)态(tai)，静态(tai)电(dian)(dian)流(liu)几(ji)乎是(shi)零，只(zhi)有在有信号输(shu)入(ru)时(shi)管子才导(dao)通，这种状(zhuang)态(tai)称为乙(yi)类(lei)工(gong)作状(zhuang)态(tai)。当(dang)输(shu)入(ru)信号是(shi)正(zheng)弦(xian)波时(shi)，正(zheng)半周时(shi) VT1 导(dao)通 VT2 截止(zhi)，负(fu)半周时(shi) VT2 导(dao)通 VT1 截止(zhi)。两个(ge)(ge)管子交替出现的(de)电(dian)(dian)流(liu)在输(shu)出变压器中合(he)成，使负(fu)载(zai)上(shang)得到纯正(zheng)的(de)正(zheng)弦(xian)波。这种两管交替工(gong)作的(de)形式叫做推挽电(dian)(dian)路。

乙类推挽放大(da)器的输出功率(lv)较大(da)，失(shi)真(zhen)也小，效率(lv)也较高(gao)，一般可达 60 %。

（ 3 ） OTL 功(gong)率(lv)放大器

目前广泛(fan)应用的(de)无变压器(qi)乙类推挽放大器(qi)，简称(cheng) OTL 电路(lu)，是一(yi)种性能(neng)很(hen)好的(de)功率放大器(qi)。为了易(yi)于说明，先(xian)介绍一(yi)个有输入(ru)变压器(qi)没有输出变压器(qi)的(de) OTL 电路(lu)，如图(tu)7。

这(zhei)个电(dian)(dian)(dian)路(lu)使用两个特(te)性相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)晶(jing)体管，两组偏置电(dian)(dian)(dian)阻(zu)和发射极电(dian)(dian)(dian)阻(zu)的(de)(de)(de)(de)阻(zu)值也相(xiang)同。在静态时， VT1 、 VT2 流(liu)过的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)很小，电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong) C 上(shang)充有对(dui)地为(wei) 1 2 E c 的(de)(de)(de)(de)直(zhi)流(liu)电(dian)(dian)(dian)压。在有输入信号(hao)(hao)时，正半周(zhou)时 VT1 导通， VT2 截止，集电(dian)(dian)(dian)极电(dian)(dian)(dian)流(liu) i c1 方向如图所示(shi)，负载(zai) RL 上(shang)得到放(fang)(fang)大(da)了的(de)(de)(de)(de)正半周(zhou)输出(chu)(chu)信号(hao)(hao)。负半周(zhou)时 VT1 截止， VT2 导通，集电(dian)(dian)(dian)极电(dian)(dian)(dian)流(liu) i c2 的(de)(de)(de)(de)方向如图所示(shi)， RL 上(shang)得到放(fang)(fang)大(da)了的(de)(de)(de)(de)负半周(zhou)输出(chu)(chu)信号(hao)(hao)。这(zhei)个电(dian)(dian)(dian)路(lu)的(de)(de)(de)(de)关(guan)键元件是电(dian)(dian)(dian)容(rong)(rong)器 C ，它上(shang)面(mian)的(de)(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压就相(xiang)当于 VT2 的(de)(de)(de)(de)供电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)压。

以(yi)这个电路(lu)(lu)为基(ji)础，还有用三(san)极管倒相的不用输入变压器的真正 OTL 电路(lu)(lu)，用 PNP 管和 NPN 管组(zu)成的互补对(dui)称式 OTL 电路(lu)(lu)，以(yi)及最新的桥接推挽功(gong)率放大器，简称 BTL 电路(lu)(lu)等等。

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