功率放大器的基本知識

一般視聽電路中的功率放大（簡稱功放）電路是在電壓放大器之后，把低頻信號再進一步放大，以得到較大的輸出功率，最終用來推動揚聲器放音或在電視機中提供偏轉(zhuǎn)電流。

一、功率放大電流的特點

對功放電路的了解或評價，主要從輸出功率、效率和失真這三方面考慮。

1、為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的三極管，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設(shè)計使用中首先要考慮怎樣充分地發(fā)揮三極管功能而又不損壞三極管。由于電路中功放管工作狀態(tài)常接近極限值，所以功放電流調(diào)整和使用時要小心，不宜超限使用。

2、從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機中功放耗電要占整機的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。

3、功放電路的輸入信號已經(jīng)幾級放大，有足夠強度，這會使功放管工作點大幅度移動，所以要求功放電路有較大的動態(tài)范圍。功放管的工作點選擇不當，輸出會有嚴重失真。

二、常用功率放大電路的原理

單只三極管輸出的功放電路輸出小、效率低，日用電器中已很少見。目前常采用的是推挽電路形式。

圖1是用耦合變壓器的推挽電路原理圖。它的特點是三極管靜態(tài)工作電流接近于零，放大器耗電及少。有信輸入時，電路工作電流雖大，但大部分功率都輸出到負載上，本身損耗卻不大，所以電源利用率較高。這個電路中每只三極管只在信號的半個周期內(nèi)導通工作，為避免失真，所以采用兩只三極管協(xié)調(diào)工作的方式。圖中輸入變壓器B1的次級有一個接地的中心抽頭。在音頻信號輸入時，B1次級兩個大小相等、極性相反的信號分別送到BG1和BG2的發(fā)射結(jié)。在輸入信號的正半周時間里，BG1管因加的是反向偏壓而截止，只有BG2能將信號放大，從集電極輸出；而在信號負半周，BG1得到正高偏壓，能將這半個周期的信號放大輸出，而BG2卻截止。電路中的兩只三極管雖然各自放大了信號的半個同期，但它們的輸出電流是分先后通過輸出變壓器B2的，所以在B2的次級得到的感應(yīng)電流又能全成一個完整的輸出信號。

這個功放電路中，為了解決阻抗匝配和信號相位等問題，輸入與輸出變壓器是不可少的。但是，優(yōu)質(zhì)變壓器的制作在材料和工藝上都比較困難，它本身總還要消耗一部分能量，降低電路的效率，而且變壓器的頻率特性不好，使電路對不同頻率信號輸出很不均勻，會造成失真，所以為了提高功放質(zhì)量，人們更多地使用無變壓器（OTL）功率放大電路。

圖2是互補對稱推挽功放電路原理圖。這里用了兩只放大性能相同，而導電極性相反的三極管（稱為互補管）。圖中BG1是NPN管。放大器輸入交流信號的正半周時，對BG1管來說，基極電壓為正極性，發(fā)射極為負極性，發(fā)射結(jié)有正向偏壓，三極管能夠工作。但BG2卻因發(fā)射結(jié)加了反向偏壓而截止。因此，信號的正半周由BG1管放大。在信號負半周時，情形正相反，BG2管能夠工作，將信號的負半周放大。放大后的信號由兩只三極管輪流送出，在揚聲器上重新合成完整的信號。

三　實際電路分析

推挽電路中的兩只三極管各放大信號的半個周期，這就要求兩管放大性能相近（β值相差10%以內(nèi)），否則放大后的信號兩半周期幅度不同，將出現(xiàn)明顯失真。交越失真也是推挽電路的*問題。象上面原理圖中的三極管都沒有加靜態(tài)偏流，在輸入信號很弱時，三極管放大能力很小，甚至會因發(fā)射結(jié)不能導通而失去放大作用。這樣每當輸入信號幅度接近零時，也就是在兩只推挽管輪換工作開始和終了的時候，輸出信號就不能很好銜接，出現(xiàn)嚴重失真。為了解決這些問題，在許多實際應(yīng)用電路中，都要為三極管加上很小的正偏壓，使電路既高效又能減小失真。

圖3是收音機中常用的功放電路。它的靜態(tài)工作電流由偏置電阻R8調(diào)整，一般兩管總靜態(tài)集電極電流為4～8mA。R10為負反饋電阻，用以減小失真并降低對三極管“配對"要求。為了減小輸入信號在R9、R10這兩電阻上的損失，它們的阻值都比較小。電容人C7用來改善音質(zhì)。

圖4是紅巖牌電視機伴音功放電路。與原理圖3相比，它有下面幾處不同：

原理圖中用兩組電源供電，實際使用上很不方便，這里在負載揚聲器上串入一只大容量電容C64。對音頻電流來說，C64可以看成是通路。輸入信號正半周時，BG13管的輸出電流通過揚聲器對是C64充電，在它上面產(chǎn)生極性“左正右負"的電壓。在信號負半周時，BG13截止，電容C64即通過BG14和揚聲器放電，充當了BG14的電源。這樣只用一組電源，就能使電路正常工作。

為了減小失真，電路也要為三極管提供靜態(tài)電流。電阻R73既是前級電壓放大管BG12（圖中未畫出）負載的一部分，又是互補功放管的基極偏流電阻。當BG12的輸出電流通過R73，及二極管BG39時，在它們上面產(chǎn)生的電壓降即為BG13、BG14兩管發(fā)射結(jié)偏壓之和（兩管發(fā)射極電阻很小，可忽略）。這個電壓的大小，決定了互補功放管的工作電流。R73阻值變化或是通過它的前級工作電流變化時，都會影響功放管的工作點，這是在調(diào)整時要注意的。

與R73串聯(lián)的二極管BG39是用來穩(wěn)定互補管靜態(tài)工作點的。它是一只硅二極管，電流通過它時在上面產(chǎn)生0.7V左右的電壓降。環(huán)境溫度升高時，二極管的正向電阻降低，兩端的電壓降也會減小，便使互補管的基極偏壓跟著降低，抵消了工作電流因溫升而增大的趨勢。電阻R74與二極管并聯(lián)，可防止二極管斷路損壞時，功放管因電流過大而燒毀。

電路中，電容C63有著很重要的作用。因為對音頻信號來說，電源可以看成是一個通路，所以BG13的集電極和BG14一樣是“交流接觸地"的。如果沒有C63，信號將從基極和集電極之間送入。這種以集電極為輸入和輸出信號公共端的“共集電極接法"增益較低，不宜用在功放電路中。接進C63以后，它對音頻信號也可看為通路，所以輸入信號對BG13是通過R72加在基極和發(fā)射極上；對BG14則是通過R73、R72加到基極和發(fā)射極上。這樣，電路就變成了增益高得多的“共發(fā)射極接法"，大大提高了輸出功率。電阻R71的作用是起隔離作用，不使DG13的集電