2.3 功率放大电路

功率放大电路简称功放电路，其功能是放大幅度较大的信号，让信号有足够功率来推动大功率的负载（如扬声器、仪表的表头、电动机和继电器等）工作。功率放大电路一般用作末级放大电路。

2.3.1 功率放大电路的三种状态

根据功率放大电路的功放管（晶体管）静态工作点不同，功率放大电路主要有三种工作状态：甲类、乙类和甲乙类，如图2-25所示。

功率放大电路的三种工作状态的特点是：甲类状态的功放电路能放大交流信号完整的正、负半周信号，甲乙类状态的功放电路能放大超过半个周期的交流信号，而乙类状态的功放电路只能放大半个周期的交流信号。

2.3.2 变压器耦合功率放大电路

变压器耦合功率放大电路是指采用变压器作为耦合元件的功率放大电路。变压器耦合功率放大电路如图2-26所示。

变压器耦合功率放大电路的工作原理如下：

音频信号加到变压器T₁一次线圈L₁两端，当音频信号正半周到来时，L₁上的信号电压极性是上正下负，该电压感应到L₂、L₃上，L₂、L₃上得到的电压极性都是上正下负，L₃的下负电压加到VT₂基极，VT₂基极电压下降而进入截止状态，L₂的上正电压加到VT₁的基极，VT₁基极电压上升进入正常导通放大状态。VT₁导通后有电流流过，电流的途径是：电源V_CC正极→L₄→VT₁的c极→e极→R₃→地，该电流就是放大的正半周音频信号电流，此电流在流经L₄时，L₄上有音频信号电压产生，它感应到L₆上，再送到扬声器的两端。

当音频信号负半周到来时，L₁上的信号电压极性是上负下正，该电压感应到L₂、L₃上，L₂、L₃上的电压极性都是上负下正，L₂的上负电压加到VT₁基极，VT₁基极电压下降而进入截止状态，L₃的下正电压加到VT₂的基极，VT₂基极电压上升进入正常导通放大状态。VT₂导通后有电流流过，电流的途径是：电源V_CC正极→L₅→VT₂的c极→e极→R₃→地，该电流就是放大的负半周音频信号电流，此电流在流经L₅时，L₅上有音频信号电压产生，它感应到L₆上，再加到扬声器两端。

VT₁、VT₂分别放大音频信号的正半周和负半周，并且一个晶体管导通放大时，另一个晶体管截止，两个晶体管交替工作，这种放大形式称为推挽放大。两个功放管各放大音频信号半周，结果会有完整的音频信号流进扬声器。

2.3.3 OTL功率放大电路

OTL功率放大电路是指无输出变压器的功率放大电路。

1.简单的OTL功率放大电路

图2-27所示为一种简单的OTL功率放大电路。

OTL功率放大电路的工作原理如下：

音频信号通过耦合电容C₁加到功率放大电路，当音频信号正半周来时，B点电压上升，VT₂基极电压升高，进入截止状态，由于B点电压上升，A点电压也上升（VD₁、VD₂使A点电压始终高于B点电压1.1V），VT₁基极电压上升，进入放大状态，放大的电流流过扬声器，电流途径是：电源V_CC正极→VT₁的c极→e极→电容C₂→扬声器→地，该电流同时对电容充得左正右负的电压；当音频信号负半周来时，B点电压下降，A点电压也下降，VT₁基极电压下降，进入截止状态，B点电压下降会使VT₂基极电压下降，VT₂进入放大状态，有放大的电流流过扬声器，途径是：电容C₂左正→VT₂的e极→c极→地→扬声器→C₂右负，有放大的电流流过扬声器，即音频信号给VT₁、VT₂交替放大半周后，有完整的正负半周音频信号流进扬声器。

2.带自举功能的OTL功率放大电路

带自举功能的OTL功率放大电路如图2-28所示。

（1）交流信号处理过程

音频信号送到VT₁基极，放大后从集电极输出，由于集电极和基极是反相关系，所以VT₁集电极输出的信号与基极信号极性相反。

音频信号正半周信号经VT₁放大后，从集电极输出负半周信号，该信号使A点电压下降，经VD₁和R₅后，B点电压也下降，功放管VT₂截止。A点电压下降会使VT₃导通程度加深，而进入正常放大状态，有电流流进扬声器，途径是：电容C₃左正（注：在静态时，电源会通过VT₂对C₃充得左正右负的约1/2V_CC的电压）→VT₃的e极→c极→扬声器→C₃右负。

音频信号负半周信号经VT₁放大后，从集电极输出变为正半周信号，该信号使A点电压上升，功放管VT₃基极电压因上升而截止。A点电压上升经VD₁和R₅会使B点电压上升（相当于正半周信号加到B点），B点电压上升会使VT₂导通程度加深，VT₂进入正常放大状态，有电流流进扬声器，途径是：电源V_CC正极→VT₂的c极→e极→电容C₃→扬声器→地，该电流同时会对C₃充得左正右负的电压。

由此可见，音频信号正负半周信号到来时，VT₃、VT₂交替工作，从而有完整的放大的音频信号流进扬声器。

（2）自举升压原理

C₁、R₆构成自举升压电路，C₁为升压电容，R₆为隔离电阻。

在电路工作时，VT₁输出交流信号的正半周，A点电压上升，VT₃截止，上升的A点电压经VD₁、R₅使B点电压也上升，VT₂导通程度加深而进入放大状态。如果VT₁输出的正半周信号幅度很大，A点电压很高，B点电压也上升很高，I_b很大，VT₂放大的I_c很大，I_c对电容C₃充电很多，F点电压上升很高，接近电源电压，F点电压上升使得VT₂的发射结两端的电压U_be2减小（U_be2=U_b2-U_e2，U_e2=U_F，因为晶体管的放大作用使U_e2上升较U_b2上升更多，故U_be2减小），VT₂不能充分导通，这样会造成大幅度正半周信号到来时不能被正常放大而出现失真。

自举升压过程：在静态时，F点电压等于（1/2）V_CC，电阻器R₆的阻值很小，G点电压约等于电源电压，电容C₁被充得上正下负的电压，大小为（1/2）V_CC。在VT₂放大正半周信号时，若F点电压上升很高，接近电源电压，由于电容具有“瞬间保持两端电压不变”的特点，电容C₁一端F点电压上升，另一端G点电压也上升，G点电压约为（3/2）V_CC［即V_CC+（1/2）V_CC］。G点电压上升，通过R₄使VT₂的U_b电压也升高，这样使得VT₂在放大幅度大的正半周信号时仍能正常充分导通，从而减少失真。

3.由TDA1521构成的OTL集成功率放大电路

由TDA1521构成的OTL集成功率放大电路如图2-29a所示，它采用了飞利浦公司的2×15W高保真功率放大集成电路TDA1521芯片，如图2-29b所示。该电路可同时对两路输入音频信号进行放大，每路输出功率可达15W。

以第一路信号为例，左声道音频信号经C₁送到TDA1521内部功率放大电路的同相输入端，放大后从引脚4输出，再经C₇送到扬声器，使之发声。R₁、C₄、C₅构成电源退耦电路，用于滤除电源供电中的波动成分，使电路能得到较稳定的供电电压；C₁、C₂、C₇、C₈为耦合电容，起传送交流信号并隔离直流成分的作用；C₃为旁路电容，对交流信号相当于短路，可提高内部放大电路和增益，又不影响引脚3内部的直流电压（1/2电源电压）；C₆、R₂用于吸收扬声器线圈产生的干扰信号，避免产生高频自激。

2.3.4 OCL功率放大电路

OTL功率放大电路使用大容量的电容连接负载，由于电容对低频信号容抗较大（即使是容量大的电容），故低频性能还不能让人十分满意。采用OCL功率放大电路可以解决OTL功率放大电路低频性能不足的问题，OCL功率放大电路是指无输出电容的功率放大电路，但OCL电路需要正、负电源。

1.分立元器件OCL功率放大电路

分立元器件OCL功率放大电路如图2-30所示，该电路输出端取消了电容，采用了正负双电源供电，电路中+V_CC端的电压最高，-V_CC端的电压最低，接地的电压高低处于两者中间。

2.由TDA1521构成的OCL功率放大电路

由TDA1521构成的OCL功率放大电路如图2-31所示，它也采用了飞利浦公司的2×15W高保真功率放大集成电路TDA1521，与OTL相比，该电路去掉了输出端的耦合电容，使电路的低频性能更好，但需要采用正、负电源供电。

2.3.5 BTL功率放大电路

BTL意为桥接式负载，与OTL、OCL功率放大电路相比，在同样的电源和负载条件下，BTL功率放大电路的功率放大能力可达前两者的4倍。

1.BTL功率放大原理

图2-32所示为BTL功率放大电路的简化图，它采用正、负电源供电。

对于BTL功率放大电路，不管输入信号是正半周或负半周时，都有两个晶体管同时导通，负载两端的电压为2V_CC（忽略晶体管导通时c、e极之间的电压降），而OCL功率放大电路只有一个晶体管导通，负载两端的电压为V_CC，如果负载电阻均为R，则OCL功率放大电路的输出功率为P=U²/R=（V_CC）²/R，BTL功率放大电路的输出功率为P=U²/R=（2V_CC）²/R=4（V_CC）²/R，BTL功率放大电路的输出功率是OCL功率放大电路的4倍。

2.由TDA1521构成的BTL集成功率放大电路

由TDA1521构成的BTL集成功率放大电路如图2-33所示，该电路采用了飞利浦公司的2×15W高保真功率放大集成电路TDA1521，它将两路功率放大电路组成一个BTL功率放大电路。

2.3.6 电路小制作：朗读助记器（三）

1.电路原理

朗读助记器整体电路原理图如图2-34所示，点画线框内的为第三部分，它是一个带自举升压的OTL功率放大电路。下面介绍第三部分电路原理。

（1）信号处理过程

晶体管VT₃输出的音频信号经C₆耦合到VT₄基极，放大后从VT₄集电极输出。当VT₄输出正半周信号时，VT₄集电极电压上升，经VD₂、VD₁将VT₅基极电压抬高，VT₅导通放大（此时VT₆基极因电压高而截止），有放大的正半周信号经VT₅、C₈流入扬声器，其途径是：+6V→VT₅的c、e极→C₈→扬声器→地，同时在C₈上充得左正右负的电压；当VT₄输出负半周信号时，VT₄集电极电压下降，经VD₂、VD₁将VT₅基极电压拉低，VT₅截止，此时VT₆因基极电压下降而导通放大，有放大的负半周信号流过扬声器，其途径是：C₈左正→VT₆的e、c极→扬声器→C₈右负。扬声器有正、负半周信号流过而发声。

（2）直流工作情况

接通电源后，VT₄、VT₅、VT₆三个晶体管并不是同时导通的，它们的导通顺序依次是VT₅、VT₄，最后才是VT₆导通。这是因为电源首先经R₁₅、R₁₃为VT₅提供电流I_b5而使VT₅导通，VT₅导通后，它的电流I_e5经R₁₁为VT₄提供I_b4电流而使VT₄导通，VT₄导通后，VT₆的电流I_b6才能通过VT₄的c、e极和R₁₄到地而导通。

（3）元件说明

C₇、R₁₅构成自举升压电路，可以提高VT₅的动态范围。二极管VD₁、VD₂用来保证静态时VT₅、VT₆基极的电压相差1.1V左右，让VT₅、VT₆处于刚导通状态（又称微导通状态）。另外，VT₅、VT₆的导通程度相同，H点的电压约为电源电压的一半（1/2V_CC）。

2.安装与调试

图2-35所示为安装好第一、二、三部分电路的朗读助记器。在调试时，给朗读助记器接通6V电源，并将耳机插入X₂_out插孔，如图2-36所示。由于有多级放大电路和功率放大电路，周围环境的小声音都可听见，调节音量电位器RP₁可以调节声音的大小，调节负反馈量调节电位器RP₂，可以改变第二部分放大电路的负反馈量，也能调节音量。

3.电路检修

下面以“无声”故障为例来说明朗读助记器第三部分电路的检修（第一、二部分电路已确定正常），检修过程如图2-37所示。