小型功率放大器设计及仿真实验

　　功率放大电路的特点

　　要向负载提供足够大的输出功率，即电压放大与电流放大。　　

　　推挽电路

　　如下图所示

　　！［简单的推挽电路］

　　由图可知，在输入信号的正半周期时，VT1VT1导通，VT2VT2截止；在负半周期时，VT2VT2导通，VT1VT1截止；两个三极管在不断地交替导通和截止，两者的输出在负载上合并得到完整周期的输出信号。这种电路称为推挽电路。

　　当输入电压为零时，两个三极管均截止，静态功耗为零。

　　加上正弦输入电压后，两个三极管轮流导通，三极管的平均功耗相对较小，使直流电源提供的功率较多地传送给负载。OTL互补对称电路

　　由我上一篇写的共集电极放大电路与Multisim仿真学习笔记可知，当负载电阻过小时，射极跟随器输出波形底部会被截去。为改善这种缺点，将发射极负载电阻换成PNP型晶体管，如下图所示

　　！［推挽型射极跟随器］

　　使用配对的PNP型2N5401三极管代替发射极负载电阻。npn型三极管将电流推给负载，PNP型三极管吸收电流，所以称为推挽型射极跟随器。该电路输入输出波形如下图所示

　　！［交越失真］

　　可见当负载为100Ω100Ω时，取出了±23mA±23mA的电流，但输出波形底部并没有被截去。不过，在0V0V附近出现了交越失真，这是因为基极与发射极电位差小于0.7V，三极管截止，所以在输出波形中央产生±0.7V±0.7V的盲区。

　　像这种输出端省去变压器，输入端通过大电容C1C1连接两个三极管的基极，输出端通过大电容C2C2连接负载，称为OTL电路。

　　上面电路为OTL乙类互补对称电路（每管的导电180∘180∘，称为乙类电路；上一篇写的射极跟随器导电360∘360∘，称为甲类电路；两者间为甲乙类电路）。可测得此电路静态基极电位UB=6VUB=6V.

　　另外，经过对此电路测试，可知当输入信号一定时，两个三极管的基极电流与负载存在以下关系

　　为改进改电路存在的交越失真，加入二极管消除晶体管的盲区，如下图

　　！［改进］

　　加入2N4007二极管后可见UB1=6.5VUB1=6.5V，UB2=5.5VUB2=5.5V，而发射极电压UE=6VUE=6V，使得两个三极管的基极与发射极间的电位差为0.5V0.5V，所以输入信号在0V0V附近变化时，发射结能导通。可见二极管的压降抵消了晶体管的UBEUBE，消除了交越失真。波形如下图

　　！［波形］

　　然而，由于温度的升高，使得UF》UBEUF》UBE，输入电压为0V0V时也导通，导致集电极电流作为空载流动，导致加大集电极电流，造成热击穿。可改进成下图形式

　　！［防热击穿］

　　R5R5和R6R6作用是防止空载时集电极电流过大，但也会使得输出阻抗增加。

　　二极管用三极管代替，得

　　上图实验UB=1.379VUB=1.379V时，输出波形几乎贴近于输入电压波形，如下图所示

　　！［波形］

　　小型功率放大器设计

　　例：设计电压增益20dB20dB，输出功率0.2W0.2W以上（8Ω8Ω负载）的功率放大器。

　　前置电路为共发射极放大电路，后置电路为设计跟随器，如下图

　　！［原理图］

　　1. 确定直流电源电压　　电源电压由输出功率决定

　　5. Multisim仿真验证

　　设置好参数进行仿真，如下图

　　！［OTL小型功率放大区］

　　可见8Ω8Ω负载时，该功率放大器电压放大倍数为

　　前置射极放大电路与后置射极跟随器输出电压波形如下图

　　！［波形图］（

　　OCL互补对称电路

　　由于OTL电路输出端通过大电容连接负载，在低频时容易失真，而且大电容由电感效应，高配时将产生相移，并且大电容无法用于集成电路。

　　将输出端大电容去掉，两个三极管分别用两路正负直流电源供电，这种电路称为OCL电路，如下图所示

　　！［OCL］

　　根据上面所学的方法设计好电路，该电路输出电压波形图如下所示

　　！［波形］

　　完美的输出波形。