模拟互补对称功率放大电路

甲类功放效率低，功放管的管耗大，其主要原因是静态工作点较高，无论有无信号输入，电源始终供给能量，当输入信号为零时，电源供给的功率全部变为功放管自身管耗（热量） ，因此静态损耗最大。只有当有信号输入时，放大器才将一部分电源功率转化成交流功率输出。因此静态工作点高是甲类功率放大器效率低的根本原因。如果不设静态工作点，即I_BQ ＝ ０ 、I_CQ ＝ ０ 时功效管的静态管耗低，效率较高。但是如果输入信号为正弦波信号，输出信号只有半周，将产生严重失真。如果利用两个性能相近的三极管，分别放大正负半周信号，则能较好地解决放大器的效率与波形失真的问题。利用这种工作方式的功率放大电路称为互补对称功率放大电路。

目前广泛使用的互补对称功率放大电路是OTL电路（无输出变压器的功率放大电路）、OCL电路（无输出电容功率放大电路）和BTL电路（桥式推挽功率放大电路）

1、OTL电路

单电源互补对称式功率放大器如图1所示。它只有一个电源U_CC，在两功放管发射极与负载间串入大容量电容器C ，也称无输出变压器功率放大电路、简称OTL（Output Transformer-Less）

图1 OTL电路及电路分析

静态时，前级电路应使基极电位为，U_CC／２，双管射极对地电位为U_CC／２，电容器两端电压为U_CC／２，极性如图1（b）所示。电容C在电路中起着负电源的作用，做T_２的工作电源。

当输入信号为正半周时，忽略晶体管B-E极间的开启电压，T_１的基极电位高于U_CC／２， T_１导通，T_２截止，输出信号的正半周到负载R_L ，此时U_CC对电容C 充电。如图1(b)实线所标注。

当输入信号为负半周时，忽略晶体管B-E极间的开启电压，T_１与T_２的基极电位低于U_CC／２，T_１ 截止，T_２导通，T_２以射极输出的形式将信号传给负载，此时电容器放电，电容C相当于电源。如图1(b)虚线所标注。

T_１、T_２轮流工作，负载R_L上得到一个完整的波形，电路工作于乙类工作状态。电容器C的容量应选得足够大，使电容器的充放电时间远大于信号周期，使电容器在T_２导通时，充分体现其担任电源的重任。由于电容器容量大且时间常数大，可以认为电容器两端电压在信号的变化过程中基本不变。由于电容的阻抗与信号频率相关，一般C的容量应大于300μF ，容量太小，低频响应不好。

2、OCL电路

采用正负电源的互补对称功率放大器的原理电路如图2所示，T₁为NPN 管，T₂为PNP 管，参数要求一致，两个管的发射极连在一起接负载R_L ，两基极连在一起，接输入信号u_i，NPN集电极接电源正极，PNP 管集电极接电源的负极，两管分别为射极输出器。

图2 OCL电路及电路分析

当u_i ＝ ０ 时，电路处于静止状态，因无静态偏置，两管都截止， I_BQ ＝ ０ ，I_CQ ＝ ０ ，不消耗电源功率，由于电路对称，两管射极电位为零。

当输入信号为正半周时，u_i>0；上端NPN 管因u_BE１>0而导通，而PNP 管截止，负载R_L 获得上半周信号。如图2 (b)实线所标注。

当输入信号为负半周时，u_i<0；下端PNP 管因u_BE２<0而导通，NPN管截止，负载R_L 获得下半周信号，如图2 (b)虚线所标注。

因此两个三极管交替推挽工作，互相补充，使负载获得完整的正弦波，这称为互补对称推挽功率放大器，又称OCL 电路（OCL ，Output Capacitor Less 的简称） ，此电路工作时，正半周时T_１饱和，负半周时T_２饱和，因此最大输出电压幅度是U_CC 。

3、桥式推挽功率放大电路

在OCL电路中采用了双电源供电，没有了大容，但是在制作负电源时仍需用变压器或带铁芯的电感、大电容等，所以就整个电路系统而言未必是最佳方案。（http://www.gdzrlj.com/版权所有）为了实现单电源供电，且不使用变压器和大电容，可采用桥式推挽功率放大电路，简称BTL(Balanced Transformr-Less)电路。

图3中4只管子特性，静态时均处于截止状态，负载上电压为零。设晶体管b-e极间的开启电压可忽略不计；输入电压为正弦波，假设正方向如图3中所标注。当u_i为正半周时，T₁和T₄管导通，T₂和T₃管截止，电流如图3中实线所示，负载上获得正半周电压；当u_i为负半周时，T₁和T₄管截止，T₂和T₃管导通，电流如图3中虚线所示，负载上获得负半周电压；因而负载获得交流功率。BTL电路所用管子数量最多，难以做到4只管子特性理想对称；且管子的总损耗大，必然使得转换效率降低；电路的输入和输出均无接地点，因此有些场合不适用。综上所述，OTL、OCL和BTL电路中的晶体管均工作在乙类状态，它们各有优、缺点，且均有集成电路，使用时应根据需要合理选择。

图3 桥式推挽功率放大电路