乙类推挽输出级电路与功率放大器

OCL,OTL,BTL,甲类,乙类,甲乙类各种放大电路的原理详解,优缺点分析,以及应用说明（优选.) OCL，OTL，BTL，甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明清华大学张小斌（教授）一．OCL电路OCL（output capacitorless）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路而是最终的。

OTL（OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。

OTL在后面谈论。

之所以说OCL是“最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。

OCL电路的基本形式如下图所示：它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。

正是这个双电源的结构特点让电容下岗了。

Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2管发生作用。

于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。

但是，当信号的电压在-0.6V到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出的交越失真。

面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。

这是个很有逻辑的想法。

见下面的电路：这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源——VCC形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于两个二极管的压降之和。

这样T1和T2管就均处于微导通状态了。

这种结构稍显幼稚，我们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是I2远大于Ib），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。

为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构，复合管前面已经由gemfield讨论过了。

功放基本知识：功放俗称“扩音机”他的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。

一套良好的音响系统功放的作用功不可没。

功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。

功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。

由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。

分类：按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类.功放（又称D类）。

甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。

甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。

单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。

乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。

乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。

甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。

甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。

丁类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高，体积小的优点。

许多功率高达1000W的丁类放大器，体积只不过像VHS录像带那么大。

这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中有较多的应用。

按功放输出级放大元件的数量，可以分为单端放大器和推挽放大器。

单端放大器的输出级由一只放大元件（或多只元件但并联成一组）完成对信号正负两个半周的放大。

电子知识甲类(Class－A)放大器的输出晶体管(或电子管)的工作点在其线性部分中点，不论信号电平如何变化，它从电源取出的电流总是恒定不变，它是低效率的，用作声频放大时由于信号幅度不断变化，其实际效率不可能超过25％，可由单管或推挽工作。

甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真，而且谐波分量中主要是偶次谐波，在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好，十分讨人喜欢。

但一直因为耗电多，效率低，容易发热和对散热要求高而未能在大功率的放大器中得到广泛应用。

由于器件长期工作于大电流高温下，容易引起可靠性和寿命方面的问题，而且整机成本高，所以制造甲类功率放大器出名的厂家，现在已大多停止生产晶体管甲类功率放大器。

乙类(Class－B)放大器的偏置使推挽工作的晶体管（或电子管）在无驱动信号时，处于低电流状态，当加上驱动信号时，一对管子中的一只在半周期内电流上升，而另一只管子则趋向截止，到另一个半周时，情况相反，由于两管轮流工作，必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。

乙类放大器的优点是效率较高，理论上可达78％，缺点是失真较大。

甲乙类（Class－AB）放大器在低电平驱动时，放大器为甲类工作，当提高驱动电平时，转为乙类工作。

甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率，随着输出功率的增大，效率也增高，虽然失真比甲类大，然而至今仍是应用最广泛的晶体管功率放大器程式，趋向是越来越多的采用高偏流的甲乙类，以减少低电平信号的失真。

IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法，是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准，它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数，非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。

IBIS本身只是一种文件格式，它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数，但并不说明这些被记录参数如何使用，这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。

境况尴尬焦点网友看小功率D类功放现状作为一种新型的功放电路，D类功放（CLASS-D，俗称数字功放）凭借优秀的指标及性能，给功率放大器市场带来一阵清风，给很多音频电路设计者带来一阵兴奋和希望。

我从05年就开始研究D类功放与其相关的产品，几年下来却发现，D类放大器部分指标的优秀，掩盖不了它在市场中的定位的尴尬，其大量普及，尚需时日。

先说D类功放最大的卖点----效率。

这里的效率是指电声转换效率，功放简单说就是一个把电能转变成声能（声音）的工具，理论上说，最理想的功放就是把100%的电能转变为声能，即效率为100%，但实际应用中，A类（甲类）功放的效率只有不到10%，而常用的AB类功放只有30-40%，另外60-70%的电能哪里去了呢？发热了。

所以，A类功放或AB类功放在应用中，散热是一个重要的设计内容，这类产品必须要加上或大或小的散热器。

但D类功放却有着独特的优势，其转换效率高达80-90%，只有10-20%的电能转变成了热量，由于发热很少，基本不需要加散热器，只要在PCB（印刷线路板）设计中预留一点铜箔散热就足够了。

惠威S3W的线控内置高集成度数字功放同样的道理，因为电能的高度“节约”，在一些供电电流不大或者电量不充裕的使用场合，比如USB供电（电流最大500mA）和电池供电的应用中，D类功放是最合适不过的了。

遗憾的是，在我看来，以上就是D类功放所有的优点，说完了这个优点，就很难再找到其他优点了，该说一下缺点了。

第一点：D类功放的窄电源特性，目前使用最普遍的小功率D类功放供电电压多在4.5-5.5V之间，超过6V就很容易烧坏，而目前的D类功放很少有过压保护，电压一高就玩完了，机器必然返修。

当然有9V以上的大功率D类功放，这类功放又不能使用5V供电（USB电压无法兼容，失去很多应用机会），因此必须要配专用电源，而且该类功放在实际使用中，由于功率较大，体积又很小，因此发热量也不小，一个散热器还是必须的，这块成本又省不下来了。

第9 章自测题、习题解答自测题9一、功率放大器和电压放大器没有本质区别，但也有其特殊问题，试简述功率放大器的特点。

解：功率放大电路与电压放大电路本质上没有区别，功率放大电路既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的不失真的信号功率，功率放大器的特点： 1. 输出功率要大 2. 转换效率要高 3. 非线性失真要小。

二、分析下列说法是否正确，凡对者在括号内打“V”，凡错者在括号内打“X” 。

（1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放管的功耗愈大。

（）（2）功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。

（）（3）功率放大器为了正常工作需要在功率管上装置散热片，功率管的散热片接触面是粗糙些好。

（）（4）当OCL 电路的最大输出功率为1W 时，功放管的集电极最大耗散功率应大于1W。

（）（5）乙类推挽电路只可能存在交越失真，而不可能产生饱和或截止失真。

（）（6）功率放大电路，除要求其输出功率要大外，还要求功率损耗小，电源利用率高。

（）（7）乙类功放和甲类功放电路一样，输入信号愈大，失真愈严重，输入信号小时，不产生失真。

（）（8）在功率放大电路中，电路的输出功率要大和非线性失真要小是对矛盾。

（）（9）功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是1）都使输出电压大于输入电压；（）2）都使输出电流大于输入电流；（）3）都使输出功率大于信号源提供的输入功率。

（）（10）功率放大电路与电压放大电路的区别是1）前者比后者电源电压高；（）2）前者比后者电压放大倍数数值大；（）3）前者比后者效率高；（）4）在电源电压相同的情况下，前者比后者的最大不失真输出电压大；(11) 功率放大电路与电流放大电路的区别是1 )前者比后者电流放大倍数大；()2)前者比后者效率高；()解：⑴X,当输出电压峰值为0.6Vcc时，功放管的管耗最大约为最大输出功率的五分之一。

微习题一、单项选择题1. 在OTL功率放大电路中，负载电阻为4Ω，调节输入信号及电路工作状态，使输出为最大不失真信号，此时测得功放电路中点电压为6V，则输出功率为（）。

A．2.25W B. 4.5W C. 9W D. 18W2. 在双管乙类功率放大电路中，引起交越失真的原因是（）。

A．输入信号过大 B. 电源电压过高C. 功放管的基极静态电流为零D. 功放管的电流过大3. 下列既能克服交越失真，效率又较高的是（）功放。

A．甲类 B．乙类 C．丙类 D．甲乙类4. 甲乙类功放的最大输出功率为（）。

A．30% B. 35% C. 50% D. 78.5%二、判断题（对的打✓，错的划X）1.与甲类功率放大器相比，乙类互补推挽功率放大器的主要优点是效率较高。

（）2. OCL功放电路的输出耦合电容只用于信号输出。

（）（）3.为避免产生交越失真，OTL功放和OCL功放的功放管均工作在微导通状态。

4.甲乙类功率放大器的效率比甲类功率放大器和乙类功率放大器的效率都高。

（）三、填空题1. 静态工作点设置较高，在输入信号的整个周期内，功放管都导通并有电流流过，功放效率很低的是功放。

2.已知OTL功放电路的电源电压为 10V，电路正常工作时，其输出端静态电位为 V。

3.某OCL功率放大器，电源电压E c=12V,负载电阻R L=4Ω，则最大输出功率为 W。

参考答案：一、单项选择题1. B2. C3. D4. D二、判断题1.√2. X3.√4. X三、填空题1. 甲类2. 53. 18。

1.1 CDIO 设计目的通过设计乙类互补推挽功率放大器，掌握利用分离原件组成OTL 功放电路的原理，提高电路原理图读图技能，熟练掌握较复杂电路的装调操作方法。

1.2 CDIO 设计正文1.2.1设计要求电压增益：20倍直流输入电压：不大于10V输出功率：1W 以上（负载RL =8Ω）频率特性：20Hz ～50KHz1.2.2 设计原理乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽电路。

通常使用T1和T2两个特性配对的互补功率管（NPN 型和PNP 型），若忽略功率管发射结导通电压，则当输入信号正半周期时，两功率管分别导通和截止，输出为正半周的半个正弦波；当输出信号负半周期时，两功率功率管分别截止和导通，输出为负半周的半个正弦波，通过负载的电流通过合成形成完整的正弦波。

1.2.3设计过程负载RL =8Ω Vo= V Po R L 22*=，输出功率Po=1W峰值为Vp=4V ，峰峰值为Vp-p=8V若要实现输出功率为Po=1W ，则直流电源电压Vcc ＞8所以取Vcc=10V输出电流Io==L CC R V /221422mA 取β=100，1b I =Io/β=4.22mA 取5I =20mA ，所以5R =0.5cc V /5I =250Ω取E V =0.2Vcc=2VE R =2V/20mA=100Ω因为E 5V R /R A ==2.5<10，所以E R 取值不合适令64E R R R +=，4R =10Ω，5R =250Ω当交流分析时，6R 被短路，V A =25符合要求Q2三极管基极电流'b I = I5/β=20mA/100=0.2mA2I =5～10倍的'b I ，取2I =2mA E 2V V =b +0.7V=2.7V6R = 2b V /2mA=1.35k Ω4R =(Vcc-2V b )/2mA=3.65k Ω电路中R 、C 电路为高通滤波电路，频率在20Hz ～50KHz所以计算得2C =40uF ，3C =2mF ，旁路电容1C =100nF1.3仿真结果图1 乙类功放原理图图2 输入端电压与输出端电压比较图3 示波器仿真波形1.4设计总结通过这次的乙类推挽功率放大器的设计，发现了自己很多知识上的漏洞，通过查阅书籍和在网上搜索资料，以及询问同学，总算做出了这个波形不是真的仿真电路。

一、概述按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称类）、乙类功放（又称类）、甲乙类功放（又称类）和丁类功放（又称类）。

甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。

甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。

单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。

乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。

乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真二、注意事项请勿划伤、弯折、扭曲、拉伸或加热电源线。

否则可能会损伤电源线，进而导致火灾或触电。

请勿打开功率放大器罩壳。

否则可能导致触电。

如果认为内部需要检修、维护保养或修理，请与代理经销商联系。

如果出现闪电雷击，请尽快关闭本装置电源开关，并从电源插座拔出电源电缆的插头。

如果可能出现闪电，在接插状态请勿触碰电源电缆的插头，否则可能导致触电。

若电源线损坏（如切断或芯线裸露），请从代理经销商获取更换品。

用损伤的电源线继续使用本装置可能会导致火灾或触电。

若功率放大器从高处跌落或外壳损坏，请立即关闭电源开关，从电源插座拔出电源插头，并与我单位联系。

若忽视本条注意事项继续使用，可能会导致火灾或触电。

当发现任何异常时，如冒烟、异味、噪音或有异物、液体进入装置内部，请立即关闭电源开关。

并将电源线插头从电源插座中拔出。

请联系我单位代为修理。

这时若继续使用可能会导致火灾或触电。

如果准备长时间不使用该设备，请将电源插头从电源插座拔出。

否则可能会导致火灾。

三、故障排查1、整机不工作整机不工作的故障表现为通电后放大器无任何显示，各功能键均失效，也无任何声音，像未通电时一样。

检修时首先应检查电源电路。

可用万用表测量电源插头两端的直流电阻值（电源开关应接通），正常时应有数百欧姆的电阻值。

甲、乙类功率放大器识图根据功率放大器所设静态工作点的不同，功率放大器可分为甲类、乙类、甲乙类等多种。

1、甲类功率放大器甲类功率放大器的功率放大管VT的基极接有偏置电阻，在整个信号周期内VT都会有导通电流，但工作效率不足50%，所以仅早期的收音机采用它做末级放大器。

如下图所示。

输入信号Ui经激励变压器T1耦合，再经VT倒相放大，利用输出变压器T2耦合，推动扬声器BL发音。

甲类功率放大器的应用还是比较广泛的，除了应用在彩色电视机的行激励电路，还应用在大功率放大器中作为推动级。

2、乙类功率放大器乙类功率放大器没有偏置电阻，所以静态电流为0，也就在激励信号的正半周期间导通，而在负半周期间截止。

为了使放大电路在整个信号周期都可以工作，乙类功率放大器多采用两个不同极性的三极管轮流工作，从而构成了乙类互补推挽放大器。

典型的乙类互补推挽放大器如下图所示。

其中，变压器耦合式的乙类互补推挽放大器主要应用在扩音机等电路中，而无变压器式乙类互补推挽放大器主要应用在大功率放大器或开关电源内作为推动级。

下面以下图a）所示电路为例介绍乙类功率放大器的工作原理。

上图a）中，静态时，VT1，VT2因基极没有导通电压输入而截至。

当输入信号Ui的正半周加到激励变压器T1的一次绕组后，它的两个二次绕组耦合输出的信号都为上正、下负，使VT2截止，VT1导通，产生集电极电流，该电流经输出变压器T2耦合到二次绕组，形成输出信号的上半周；Ui的负半周经T1耦合后，它的两个二次绕组输出的信号都为下正、上负，使VT1截止，VT2导通，产生集电极电流，该电流经输出变压器T2耦合到二次绕组，形成输出信号的负半周。

这样，就可以得到一个完整的信号。

虽然乙类互补推挽放大器的静态电流为0，这样，降低了功耗，提高了效率，但在输入信号的初期和末期，它的幅度低于三极管的导通电压时，三极管就会截止，导致正、负半周交接部分的信号不能被放大，产生如下图所示的交越失真。

3、甲乙类功率放大器甲乙类功率放大器的工作介于甲类和乙类之间，它是目前应用较多的功率放大器之一。

推挽功率放大电路推挽功率放大电路是一种常见的电子放大电路，广泛应用于音频功率放大器、电机驱动器等领域。

它采用了晶体管的互补工作原理，能够实现高效的信号放大和电流放大。

本文将从推挽功率放大电路的原理、结构和特点等方面进行详细介绍。

一、推挽功率放大电路原理推挽功率放大电路由两个晶体管组成，一个为NPN型晶体管，另一个为PNP型晶体管。

它们工作在互补的工作状态，当输入信号时，NPN型晶体管处于导通状态，负载电流由NPN型晶体管驱动输出；当输入信号为负的时，PNP型晶体管处于导通状态，负载电流由PNP型晶体管驱动输出，实现正负半波的放大。

二、推挽功率放大电路结构推挽功率放大电路一般由输入级、驱动级和输出级组成。

1. 输入级：输入级接收输入信号，并对其进行放大。

输入级一般采用简单的共射极放大电路，以提供足够的电压放大。

2. 驱动级：驱动级将输入级放大的信号进行驱动，并提供输出级所需的电流放大。

驱动级通常是由晶体管的推挽配置组成，通过驱动晶体管的工作状态，实现对输出晶体管的驱动。

3. 输出级：输出级接收驱动级输出的信号，并对其进行更大的电流放大。

输出级一般采用推挽晶体管配置，以提供最终的功率输出。

三、推挽功率放大电路的特点推挽功率放大电路具有如下特点：1. 高效性：推挽电路通过互补工作原理，能够实现较高的电流放大，提高功率放大效率。

2. 输出无失真：推挽电路能够实现输出信号的正负半波放大，避免了单一晶体管放大过程中会出现的失真问题，使输出信号更为准确和稳定。

3. 抗干扰能力：推挽电路采用了互补工作原理，对输入信号的再生时间、上升时间和下降时间等要求较低，具有较强的抗干扰能力。

4. 输出功率大：推挽电路通过多个晶体管的互补工作，能够提供更大的输出功率，适用于功率放大的应用场景。

5. 适用范围广：推挽电路适用于各种信号放大场合，如音频放大器、电机驱动器等。

总结：推挽功率放大电路通过互补工作原理，充分利用了NPN型和PNP型晶体管的优势，实现了信号的高效放大和电流的高效放大。

推挽输出电路原理讲解推挽输出电路是一种常用的功率放大电路，适用于需要驱动大电流负载的场合。

其基本原理是通过两个互补工作的晶体管或功率放大器管路，分别对负载进行高电平和低电平的驱动，实现高效率的功率放大。

下面是推挽输出电路的工作原理：1. 接电源：推挽输出电路通常由两个互补工作的晶体管组成，一个是PNP型晶体管，另一个是NPN型晶体管。

首先将PNP 型晶体管的集电极连接到正电源，NPN型晶体管的集电极连接到负电源，以提供工作所需的电压。

2. 输入信号：将需要放大的信号接入推挽输出电路的输入端，通常通过一个耦合电容将输入信号与推挽输出电路隔离，以防止直流偏置影响输入信号。

3. 驱动晶体管：输入信号经过放大电路后直接或间接地驱动PNP型晶体管和NPN型晶体管的基极。

当输入信号为高电平时，PNP型晶体管导通，NPN型晶体管截止；当输入信号为低电平时，PNP型晶体管截止，NPN型晶体管导通。

由此可见，推挽输出电路的两个晶体管是互补工作的。

4. 输出电压：PNP型晶体管导通时，集电极与负电源相连，输出端接近负电源。

NPN型晶体管导通时，集电极与正电源相连，输出端接近正电源。

通过交替导通和截止，推挽输出电路可以在输出端产生高电平和低电平的信号。

5. 负载驱动：推挽输出电路的负载通常是电机、继电器等大功率负载，输出信号经过功率放大后可以驱动这些负载。

在PNP型晶体管导通时，输出端接近负电源，产生高电平信号，将PNP型晶体管之间的负载直接与负电源相连；在NPN型晶体管导通时，输出端接近正电源，产生低电平信号，将NPN型晶体管之间的负载直接与正电源相连。

通过这种方式，将负载与推挽输出电路的两个晶体管互相配合，实现了对负载的高效率驱动。

以上就是推挽输出电路的基本工作原理，通过互补工作的晶体管或功率放大器管路，可以实现对大功率负载的驱动。

推挽输出电路在音频放大器、电机驱动等领域有广泛的应用。