原创功率放大器的类型及特点

 2008-9-9 13:52  5482 9 10 分类: 模拟

1．功率放大器的分类

功率放大器电路的划分主要是由功放级输出电路形式来决定，常见的音频功率放大器主要有下列几种：

(a).变压器耦合甲类放大器电路主要用于电子管放大器中；
(b).变压器耦合推挽功率放大器电路主要用于一些输出功率较大的电子管放大器中；
(c).OTL功率放大器电路主要用于一些输出功率较小的放大器中；
(d)OCL功率放大器是一种常用的放大器电路，常用于一些输出功率要求较大的功率放大器中；
(e)BTL功率放大器电路主要用于一些要求输出功率更大的场合。
OTL、OCL和BTL功率放大器电路主要用于晶体管放大器中。

2．功率放大器的类型

根据三极管在放大信号时的信号工作状态和三极管静态电流大小划分，放大器电路主要有3种放大器类型：一是甲类放大器电路，二是乙类放大器电路，三是甲乙类放大器电路。

除上述三种放大器电路之外，还有超甲类等许多种放大器电路。音响系统中由于不允许存在信号的非线性失真，所以只用甲类放大器电路和甲乙类放大器电路。

(1).甲类放大器
甲类放大器就是给放大管加入合适的静态偏置电流，这样用一只三极管同时放大信号的正、负半周。在功率放大器电路中，功放输出级中的信号幅度已经很大，如果仍然让信号的正、负半周同时用一只三极管来放大，这种电路称之为甲类放大器。

在功放输出级放大器电路中，甲类放大器的功放管静态工作电流设得比较大，要设在放大区的中间，以便给信号正、负半周有相同的线性范围，这样当信号幅度太大时(超出放大管的线性区域)，信号的正半周进入三极管饱和区而被削顶，信号的负半周进入截止区而被削顶，此时对信号正半周与负半周的削顶量是相同的。甲类放大器电路的主要特点如下所述：
(a).在音响系统中，甲类功率放大器的音质最好。由于信号的正、负半周用一只三极管来放大，信号的非线性失真很小，这是甲类功率放大器的主要优点。
(b).信号的正、负半周用同一只三极管放大，使放大器的输出功率受到了限制，即一般情况下甲类放大器的输出功率不可能做得很大。
功率三极管的静态工作电流比较大，在没有输入信号时对直流电源的消耗比较大。

(2).乙类放大器
所谓乙类放大器就是不给三极管加静态偏置电流，且用两只性能对称的三极管来分别放大信号的正半周和负半周，正、负半周再在放大器的负载上将正、负半周信号合成一个完整的周期信号。
由于这种放大器没有给功放输出管加入静态电流，它会产生交越失真，这种失真是非线性失真的一种，对声音的音质破坏严重。所以，乙类放大器电路是不能用于音频放大器电路中的。

(3).甲乙类放大器
为了克服交越失真，必须使输入信号避开三极管的截止区，可以给三极管加入很小的静态偏置电流，以使输入信号“骑”在很小的静态偏置电流上，这样可以避开了三极管的截止区，使输出信号不失真。甲乙类放大器电路的主要特点如下-所述：
(a).这种放大器同乙类放大器电路一样，也是用两只三极管分别放大输入信号的正、负半周，但给两只三极管加入了很小的静态偏置电流，以使三极管刚刚进入放大区。
(b).由于给三极管所加的静态直流偏置电流很小，所以在没有输入信号时放大器对直流电源的消耗比较小(比起甲类放大器要小得多)，这样具有乙类放大器的省电优点，同时因加入的偏置电流克服了三极管的截止区，对信号不存在失真，又具有甲类放大器无非线性失真的优点。所以，甲乙放大器具有甲类和乙类放大器的优点，同时克服了这两种放大器的缺点。正是由于甲乙类放大器无交越失真，又具有输出功率大和省电的优点，所以被广泛地应用于音频功率放大器电路中。
当这种放大电路中的三极管静态直流偏置电流太小或没有时，就成了乙类放大器，将产生交越失真。

(4).推挽放大器
在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。
推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。

(5).互补推挽放大器
互补是通过采用两种不同极性的三极管，利用不同极性三极管的输入极性不同，用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。

利用NPN型和PNP型三极管的互补特性，用一个信号来同时激励两只三极管的电路，称之为“互补”电路，由互补电路构成的放大器称为互补放大器电路。

3 常用集成功率放大器电路

OTL(Output Transformer Less)电路，称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路，它是高保真功率放大器的基本电路之一，但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。OTL电路的主要特点有：采用单电源供电方式，输出端直流电位为电源电压的一半；输出端与负载之间采用大容量电容耦合，扬声器一端接地；具有恒压输出特性，允许扬声器阻抗在4Ω、8Ω、16?之中选择，最大输出电压的振幅为电源电压的一半，即1/2 V CC，额定输出功率约为 /(8RL)。

OCL(Output Condensert Less)电路，称为无输出电容功放电路，是在OTL电路的基础上发展起来的。OCL电路的主要特点有：采用双电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，低频特性很好；扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路；具有恒压输出特性；允许选择4Ω、8Ω或16Ω负载；最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为 /(2RL)。需要指出，若正负电源值取OTL电路单电源值的一半，则两种电路的额定输出功率相同，都是 /(8RL)。

BTL(Bridge-Tied-load)电路，称为桥接式负载功放电路。负载的两端分别接在两个放大器的输出端。其中一个放大器的输出是另外一个放大器的镜像输出，也就是说加在负载两端的信号仅在相位上相差180°。负载上将得到原来单端输出的2倍电压。从理论上来讲电路的输出功率将增加4倍。BTL电路能充分利用系统电压，因此BTL结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。

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