功率放大电路的特点 常用功率放大电路原理

功率放大电路的特点

1. 大功率输出能力

功率放大电路的核心功能是将低电平信号放大到较高的功率水平，以便驱动较大的负载。这一特点使得功率放大电路在音频、视频、射频以及电机驱动等领域中得到广泛应用。通过放大信号的功率，功率放大电路能够确保信号在传输过程中不会因为衰减而失真，同时满足负载对功率的需求。

• 应用场景 ：在音频系统中，功率放大电路用于驱动扬声器，使声音能够清晰地传播；在视频系统中，则用于驱动显示设备，确保图像质量不受影响；在射频通信中，功率放大电路则用于增强信号的发射功率，提高通信距离和质量。
• 技术细节 ：为了实现大功率输出，功率放大电路通常采用多级放大结构，每一级都负责将信号的功率放大到一定程度。同时，电路中的放大器需要具有足够的电流和电压驱动能力，以确保在放大过程中信号不失真。

2. 宽频带特性

功率放大电路能够处理宽带信号，包括音频、视频和通信信号等。这一特点要求功率放大电路在设计时必须考虑信号的频率范围，以确保在整个频带内都能实现良好的放大效果。

• 重要性 ：在音频和视频系统中，信号的频率范围往往较宽，从低频到高频都需要得到良好的放大。如果功率放大电路的频带不够宽，就可能导致部分频率的信号被削弱或失真，从而影响整体的声音或图像质量。
• 技术实现 ：为了实现宽频带特性，功率放大电路通常采用负反馈技术来稳定放大器的增益和相位特性。同时，电路中的元件选择也需要考虑其频率响应特性，以确保在整个频带内都能实现一致的放大效果。

3. 高效率

功率放大电路的效率是指输出功率与输入功率之比。高效率的功率放大电路能够减少能量损耗和热量产生，提高电路的可靠性和寿命。

• 重要性 ：在功率放大电路中，由于需要处理较大的功率信号，因此能量损耗和热量产生是不可避免的。如果效率过低，就会导致大量的能量被浪费在电路内部，同时还会引起电路元件的温升过高，从而影响电路的稳定性和可靠性。
• 技术实现 ：为了提高效率，功率放大电路通常采用开关电源技术或谐振放大技术等高效能技术。这些技术能够减少电路中的能量损耗和热量产生，同时提高输出功率和效率。

4. 低失真

功率放大电路在放大信号的过程中应尽可能减少失真现象的发生。失真是指输出信号的波形与输入信号的波形之间的差异。

• 重要性 ：在音频和视频系统中，失真会直接影响声音和图像的质量。如果失真过大，就会导致声音变得浑浊不清或图像变得模糊不清。
• 技术实现 ：为了降低失真现象的发生，功率放大电路通常采用线性放大技术或负反馈技术等方法来提高放大器的线性度和稳定性。同时，电路中的元件选择也需要考虑其非线性特性对失真的影响。

5. 可靠性和稳定性

功率放大电路需要具有高可靠性和稳定性，以确保在长期使用过程中能够保持稳定的性能。

• 重要性 ：在电子设备中，功率放大电路往往是系统的关键部件之一。如果其可靠性和稳定性不足，就可能导致整个系统出现故障或失效。
• 技术实现 ：为了提高可靠性和稳定性，功率放大电路通常采用高质量的元件和先进的制造工艺来降低故障率。同时，还需要进行严格的测试和筛选工作以确保电路的性能符合要求。

6. 多种工作状态

功率放大电路可以根据不同的应用需求选择不同的工作状态以实现最佳的放大效果。

• 甲类工作状态 ：在信号的整个周期内晶体管均导通（导通角θ=360°），适用于对失真要求较高的场合。但此时效率较低且功耗较大。
• 乙类工作状态 ：晶体管仅在信号的正半周或负半周导通（导通角θ=180°），效率较高但可能出现交越失真。
• 甲乙类工作状态 ：晶体管的导通时间大于半个周期且小于一个周期（180°<θ<360°），是甲类和乙类工作状态的一种折中方案既能获得较高的效率又能降低失真程度。
• 丙类工作状态 ：晶体管仅有小于半个周期的导通时间（θ<180°），效率最高但失真也最大通常用于高频信号的放大和调制。

常用功率放大电路原理
单只三极管输出的功放电路输出小、效率低，日用电器中已很少见。目前常采用的是推挽电路形式。

图1是用耦合变压器的推挽电路原理图。**它的特点是三极管静态工作电流接近于零，放大器耗电极少。**有信输入时，电路工作电流虽大，但大部分功率都输出到负载上，本身损耗却不大，所以电源利用率较高。这个电路中每只三极管只在信号的半个周期内导通工作，为避免失真，所以采用两只三极管协调工作的方式。

图中输入变压器B1的次级有一个接地的中心抽头。在音频信号输入时，B1次级两个大小相等、极性相反的信号分别送到BG1和BG2的发射结。在输入信号的正半周时间里，BG1管因加的是反向偏压而截止，只有BG2能将信号放大，从集电极输出；而在信号负半周，BG1得到正高偏压，能将这半个周期的信号放大输出，而BG2却截止。电路中的两只三极管虽然各自放大了信号的半个同期，但它们的输出电流是分先后通过输出变压器B2的，所以在B2的次级得到的感应电流又能全成一个完整的输出信号。

这个功放电路中，为了解决阻抗匝配和信号相位等问题，输入与输出变压器是不可少的。但是，优质变压器的制作在材料和工艺上都比较困难，它本身总还要消耗一部分能量，降低电路的效率，而且变压器的频率特性不好，使电路对不同频率信号输出很不均匀，会造成失真，所以为了提高功放质量，人们更多地使用无变压器（OTL）功率放大电路。

图2是互补对称推挽功放电路原理图。这里用了两只放大性能相同，而导电极性相反的三极管（称为互补管）。图中BG1是NPN管。放大器输入交流信号的正半周时，对BG1管来说，基极电压为正极性，发射极为负极性，发射结有正向偏压，三极管能够工作。但BG2却因发射结加了反向偏压而截止。因此，信号的正半周由BG1管放大。在信号负半周时，情形正相反，BG2管能够工作，将信号的负半周放大。放大后的信号由两只三极管轮流送出，在扬声器上重新合成完整的信号。

三 实际电路分析

推挽电路中的两只三极管各放大信号的半个周期，这就要求两管放大性能相近（β值相差10%以内），否则放大后的信号两半周期幅度不同，将出现明显失真。交越失真也是推挽电路的特有问题。象上面原理图中的三极管都没有加静态偏流，在输入信号很弱时，三极管放大能力很小，甚至会因发射结不能导通而失去放大作用。这样每当输入信号幅度接近零时，也就是在两只推挽管轮换工作开始和终了的时候，输出信号就不能很好衔接，出现严重失真。为了解决这些问题，在许多实际应用电路中，都要为三极管加上很小的正偏压，使电路既高效又能减小失真。

图3是收音机中常用的功放电路。它的静态工作电流由偏置电阻R8调整，一般两管总静态集电极电流为4～8mA。R10为负反馈电阻，用以减小失真并降低对三极管“配对”要求。为了减小输入信号在R9、R10这两电阻上的损失，它们的阻值都比较小。电容人C7用来改善音质。

原理图中用两组电源供电，实际使用上很不方便，这里在负载扬声器上串入一只大容量电容C64。对音频电流来说，C64可以看成是通路。输入信号正半周时，BG13管的输出电流通过扬声器对是C64充电，在它上面产生极性“左正右负”的电压。在信号负半周时，BG13截止，电容C64即通过BG14和扬声器放电，充当了BG14的电源。这样只用一组电源，就能使电路正常工作。

为了减小失真，电路也要为三极管提供静态电流。**电阻R73既是前级电压放大管BG12（图中未画出）负载的一部分，又是互补功放管的基极偏流电阻。当BG12的输出电流通过R73，及二极管BG39时，在它们上面产生的电压降即为BG13、BG14两管发射结偏压之和（两管发射极电阻很小，可忽略）。这个电压的大小，决定了互补功放管的工作电流。R73阻值变化或是通过它的前级工作电流变化时，都会影响功放管的工作点，这是在调整时要注意的。

与R73串联的二极管BG39是用来稳定互补管静态工作点的。**它是一只硅二极管，电流通过它时在上面产生0.7V左右的电压降。环境温度升高时，二极管的正向电阻降低，两端的电压降也会减小，便使互补管的基极偏压跟着降低，抵消了工作电流因温升而增大的趋势。电阻R74与二极管并联，可防止二极管短路损坏时，功放管因电流过大而烧毁。

功率放大电路是电子技术中的一个重要组成部分，其主要任务是将输入信号放大到足够的功率，以驱动负载工作。在许多应用中，如音频放大器、无线通信、电源管理等，都需要使用功率放大电路。