海南风光此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！
11.3.1 概述
11.3.2 变压器耦合功率放大电路
11.3.3 互补对称功率放大电路原理
11.3.4 无输出变压器 (OTL)的互补对称功放电路
11.3.5 无输出电容 (OCL)的互补对称功放电路
11.3.6 实际功放电路
11.3.7 集成功率放大器
11.3 功率放大电路第 11章 基本放大电路清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编例,扩音系统功率放大器的作用,用作放大电路的 输出级,以 驱动 执行机构。如使扬声器发声、继电器动作,仪表指针偏转等。
11.3.1 概述功率放大电压放大信号提取分析功放电路应注意的问题
(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，
必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值,ICM,UCEM,PCM 。
ICM
PCM
UCEM
Ic
uce
(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。
(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（?）。
Pomax,负载上得到的交流信号功率。
PE,电源提供的直流功率。
%100m a x
E
o
P
P
答,不合适，因为效率太低 。
uo
tuo
射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗问题讨论,
ib
uce
Q
Ic
USC /RE
USC
Rb
uo
USC
ui RE
射极输出器效率低的原因,
一般射随静态工作点（ Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真 。电路中存在的静态电流（ ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设 Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：
UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0.5USC /RE。
ESCCQSCE RUIUP 2/
2
%25
E
O PP?
OP
E
SC
E
SC RURU 8)22/(
22
UCEQ
2
ICQ
2
如何解决效率低的问题？
办法：降低 Q点 但又会引起截止失真既降低 Q点又不会引起截止失真的办法：
采用 推挽输出电路,或 互补对称射极输出器
11.3.2 变压器耦合推挽功率放大电路输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1,T2轮流导通。
输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。
放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，
–
+
+
+
–
–
USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
直流通道 USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
USC
T1
T2
Re
Rb2
Rb1
变压器线圈对于直流相当于短路对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器
USC
T1
Re
Rb2
Rb1
两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区,
IB很小,IC也很小,
降低直流功耗。 Q
交流通道
ib1
ui>0
ui<0
ib2
ui
T2
T1
RL
Re
–
+
+
–
+
–
+
–
+
+
–
–
ic1
+
+
–
–
+
–
ic2 +
–
输入信号正半周,T1导通,T2截止输入信号负半周,T2导通,T1截止
USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
11.3.3 互补对称功率放大电路互补对称,电路中采用两个晶体管,NPN、
PNP各一支；两管特性一致。
对称电源,+USC,-USC
组成互补对称式射极输出器
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
NPN型
PNP型一、工作原理（设 ui为正弦波）
ic1
ic2
静态时：
ui = 0V? T1,T2均不工作
uo = 0V
动态时：
ui? 0V T1截止,T2导通
ui > 0V T1导通,T2截止
iL= ic1 ;
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
iL=ic2
注意,T1,T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
输入输入波形图
ui
uo
uo
uo ′
交越失真死区电压
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
(1) 静态电流 ICQ,IBQ等于零；
(2) 每管导通时间于半个周期 ；
(3) 存在交越失真。
特点：
二、最大输出功率及效率的计算假设 ui 为正弦波且幅度足够大，
T1,T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。
ULmax
负载上得到的最大功率为：
iL
-USC
RL
ui
T1
T2
UL
+USC
若忽略晶体管的饱和压降,则负载（ RL)上的电压和电流分别为：
L
SC
L
SCL
R
UI
UU
m a x
m a x
L
SC
L
SCSC
o R
U
R
UU
P
2
1
22
2
ma x
电源提供的直流平均功率计算：
每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为,
两个电源提供的总功率为：
USC1 =USC2 =USC
01
)(s in
2
1
L
SC
L
SC
av R
Uttd
R
UI
L
SC
avav R
UII
12
L
SC
L
SC
SCEEE R
U
R
UUPPP
2
21
22
t
ic1
L
SC
R
U
2?
%5.78
42
2
2
2
m a x
L
SC
L
SC
E
o
R
U
R
U
P
P
效率为：
OTL,Output TransformerLess
OCL,Output CapacitorLess
互补对称功放的类型：
互补对称功放的类型无输出变压器形式
（ OTL电路）
无输出电容形式
（ OCL电路）
11.3.4 无输出变压器的互补对称功放电路一、特点
1,单电源供电；
2,输出加有大电容。
二、静态分析则 T1,T2 特性对称，
,2SCA UU? 2SCC UU?
2
SC
i
Uu?令：
USC/2
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -UC
三、动态分析若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。
ic1
ic2
交越失真
（ UC相当于电源）
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -
时,T1导通,T2截止；
2
SC
i
Uu?
时，
2
SC
i
Uu?
T1截止,T2导通。
设输入端在 0.5USC直流电平基础上加入正弦信号四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：
L
SC
L
SC
L R
UIUU
22 maxmax,
L
SCLL
L R
UIUP
822
2
m a xm a x
m a x
L
SC
avSCE R
U
IUP
2
2
)(s in
22
1
0
ttd
R
UI
L
SC
av
%5.78
4
m a x
E
L
P
P
uL ULmax
ui
2
SCU
t
t
D1
D2
ui
+USC
RL
T1
T2
T3
CR A Re1
Re2
实用 OTL互补输出功放电路调节 R,使静态 UA=0.5USC
D1,D2使 b1和 b2之间的电位差等于 2个二极管正向压降，
克服交越失真
Re1,Re2：电阻值 1~2?，
射极负反馈电阻，也起限流保护作用
b1
b2
增加对称的负电源 -USC
，使静态时的 A点电位为 0
11.3.5 无输出电容的互补对称功放电路
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -UC
+USC
-USC
ui iL
RL
T1
T2
A
OTL电路 OCL电路
t
uo 交越失真
u
i
t
+USC
-USC
ui iL
RL
T1
T2
A
存在交越失真 OCL电路
1.克服交越失真的措施：
R1
D1
D2
R2
静态时,T1,T2两管发射结电位分别为二极管 D1,D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；
动态时,设 ui 加入正弦信号。
正半周 T2 截止,T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周 T1截止，
T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。
+USC
-USC
UL
ui iL
RL
T1
T2
电路中增加 R1,D1,D2,R2支路
uB1
t U
T
t
iB
IBQ
波形关系：
ICQ
iC
uBE
iB
ib
特点,存在较小的静态电流 ICQ,IBQ 。
每管导通时间大于半个周期，基本不失真。
iC
Q uce
USC /RE
USC
IBQ
为更换好地和 T1,T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的 D1,D2两二极管可以用 UBE电压倍增电路替代。
2,UBE电压倍增电路
B1
B2
+
-
B E
R1
R2
UIB
I
合理选择 R1,R2大小,B1、
B2间便可得到 UBE 任意倍数的电压。
图中 B1,B2分别接 T1、
T2的基极。假设 I >>IB，则
2
21
R
RRUU
BE
3,电路中增加复合管增加复合管的目的,扩大电流的驱动能力。
c
b
e
T1
T2
ib
ic
b
e
c
ib
ic
1?2
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
c
b
e
T1
T2
ib
ic
b
e
c
ib
ic
复合 NPN型 复合 PNP型改进后的 OCL准互补输出功放电路：
T1,电压推动级
T2,R1,R2：
UBE倍增电路
T3,T4,T5,T6：
复合管构成的输出级准互补输出级中的 T4,T6均为 NPN
型晶体管，两者特性容易对称。
+USC
-USC
R1
R2
RL
ui
T1
T2
T3
T4
T5
T6
集成运放内部的功率放大器
T5 T6
RC3
RE2
RL
RC4
RE3
T7
T9
T8
T4
R2
R1
T3
R3
RC1
T1
RC2
T2-
+
RE4
RE5
T11
T10
+UCC
-UEE第 1级：差动放大器 第 2级：差动放大器 第 3级：单管放大器第 4级：互补对称射极跟随器
11.3.6 实际功放电路这里介绍一个实用的 OCL准互补功放电路。其中主要环节有,
(1) 恒流源式差动放大输入级（ T1,T2,T3）；
(2) 偏置电路（ R1,D1,D2）；
(3) 恒流源负载（ T5）；
(4) OCL准互补功放输出级（ T7,T8,T9,T10）；
(5) 负反馈电路（ Rf,C1,Rb2构成交流电压串联负反馈）；
(6) 共射放大级（ T4）；
(7) 校正环节（ C5,R4）；
(8) UBE倍增电路（ T6,R2,R3）；
(9) 调整 输出级工作点元件 （ Re7,Rc8,Re9,Re10）。
+24V
ui
RL
T7
T8
RC8 -24V
R2
R3
T6
Rc1
T1 T2
Rb1 Rb2 C1
Rf
R1
D1
D2
T3
Re3
T4
Re4
C2
T5
Re5
C3
C4
T9
T10
Re10
Re7 Re9
C5
R4
BX
差动放大级反馈级偏置电路共射放大级
UBE
倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的 OCL准互补功放电路：
RC
低通
11.3.7 集成功率放大器特点,工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。
集成功放 LM384：
生产厂家,美国半导体器件公司电路形式,OTL
输出功率,8?负载上可得到 5W功率电源电压,最大为 28V
集成功放 LM384管脚说明,
14 -- 电源端（ Vcc）
3,4,5,7 -- 接地端（ GND）
10,11,12 -- 接地端（ GND）
2,6 -- 输入端
（一般 2脚接地）
8 -- 输出端
（经 500?电容接负载）
1 -- 接旁路电容（ 5?）
9,13 -- 空脚（ NC）
集成功放 LM384 外部电路典型接法：
500?-
+
0.1?
2.7?
8
146
2 1
5?
Vcc
ui
8?调节音量电源滤波电容外接旁路电容 低通滤波,去除高频噪声输入信号输出耦合大电容本章小结
1,射极输出器作为功放的缺点 ;
2,OTL功放电路结构及各个元件的作用 ;
3,OCL功放电路结构及各个元件的作用。
11.3.1 概述
11.3.2 变压器耦合功率放大电路
11.3.3 互补对称功率放大电路原理
11.3.4 无输出变压器 (OTL)的互补对称功放电路
11.3.5 无输出电容 (OCL)的互补对称功放电路
11.3.6 实际功放电路
11.3.7 集成功率放大器
11.3 功率放大电路第 11章 基本放大电路清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编例,扩音系统功率放大器的作用,用作放大电路的 输出级,以 驱动 执行机构。如使扬声器发声、继电器动作,仪表指针偏转等。
11.3.1 概述功率放大电压放大信号提取分析功放电路应注意的问题
(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，
必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值,ICM,UCEM,PCM 。
ICM
PCM
UCEM
Ic
uce
(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。
(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（?）。
Pomax,负载上得到的交流信号功率。
PE,电源提供的直流功率。
%100m a x
E
o
P
P
答,不合适，因为效率太低 。
uo
tuo
射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗问题讨论,
ib
uce
Q
Ic
USC /RE
USC
Rb
uo
USC
ui RE
射极输出器效率低的原因,
一般射随静态工作点（ Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真 。电路中存在的静态电流（ ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设 Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：
UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0.5USC /RE。
ESCCQSCE RUIUP 2/
2
%25
E
O PP?
OP
E
SC
E
SC RURU 8)22/(
22
UCEQ
2
ICQ
2
如何解决效率低的问题？
办法：降低 Q点 但又会引起截止失真既降低 Q点又不会引起截止失真的办法：
采用 推挽输出电路,或 互补对称射极输出器
11.3.2 变压器耦合推挽功率放大电路输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1,T2轮流导通。
输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。
放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，
–
+
+
+
–
–
USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
直流通道 USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
USC
T1
T2
Re
Rb2
Rb1
变压器线圈对于直流相当于短路对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器
USC
T1
Re
Rb2
Rb1
两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区,
IB很小,IC也很小,
降低直流功耗。 Q
交流通道
ib1
ui>0
ui<0
ib2
ui
T2
T1
RL
Re
–
+
+
–
+
–
+
–
+
+
–
–
ic1
+
+
–
–
+
–
ic2 +
–
输入信号正半周,T1导通,T2截止输入信号负半周,T2导通,T1截止
USC
T1
T2
RL
iL
ui
Re
Rb2
Rb1
11.3.3 互补对称功率放大电路互补对称,电路中采用两个晶体管,NPN、
PNP各一支；两管特性一致。
对称电源,+USC,-USC
组成互补对称式射极输出器
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
NPN型
PNP型一、工作原理（设 ui为正弦波）
ic1
ic2
静态时：
ui = 0V? T1,T2均不工作
uo = 0V
动态时：
ui? 0V T1截止,T2导通
ui > 0V T1导通,T2截止
iL= ic1 ;
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
iL=ic2
注意,T1,T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
输入输入波形图
ui
uo
uo
uo ′
交越失真死区电压
ui
-USC
T1
T2
uo
+USC
RL
iL
(1) 静态电流 ICQ,IBQ等于零；
(2) 每管导通时间于半个周期 ；
(3) 存在交越失真。
特点：
二、最大输出功率及效率的计算假设 ui 为正弦波且幅度足够大，
T1,T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。
ULmax
负载上得到的最大功率为：
iL
-USC
RL
ui
T1
T2
UL
+USC
若忽略晶体管的饱和压降,则负载（ RL)上的电压和电流分别为：
L
SC
L
SCL
R
UI
UU
m a x
m a x
L
SC
L
SCSC
o R
U
R
UU
P
2
1
22
2
ma x
电源提供的直流平均功率计算：
每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为,
两个电源提供的总功率为：
USC1 =USC2 =USC
01
)(s in
2
1
L
SC
L
SC
av R
Uttd
R
UI
L
SC
avav R
UII
12
L
SC
L
SC
SCEEE R
U
R
UUPPP
2
21
22
t
ic1
L
SC
R
U
2?
%5.78
42
2
2
2
m a x
L
SC
L
SC
E
o
R
U
R
U
P
P
效率为：
OTL,Output TransformerLess
OCL,Output CapacitorLess
互补对称功放的类型：
互补对称功放的类型无输出变压器形式
（ OTL电路）
无输出电容形式
（ OCL电路）
11.3.4 无输出变压器的互补对称功放电路一、特点
1,单电源供电；
2,输出加有大电容。
二、静态分析则 T1,T2 特性对称，
,2SCA UU? 2SCC UU?
2
SC
i
Uu?令：
USC/2
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -UC
三、动态分析若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。
ic1
ic2
交越失真
（ UC相当于电源）
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -
时,T1导通,T2截止；
2
SC
i
Uu?
时，
2
SC
i
Uu?
T1截止,T2导通。
设输入端在 0.5USC直流电平基础上加入正弦信号四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：
L
SC
L
SC
L R
UIUU
22 maxmax,
L
SCLL
L R
UIUP
822
2
m a xm a x
m a x
L
SC
avSCE R
U
IUP
2
2
)(s in
22
1
0
ttd
R
UI
L
SC
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%5.78
4
m a x
E
L
P
P
uL ULmax
ui
2
SCU
t
t
D1
D2
ui
+USC
RL
T1
T2
T3
CR A Re1
Re2
实用 OTL互补输出功放电路调节 R,使静态 UA=0.5USC
D1,D2使 b1和 b2之间的电位差等于 2个二极管正向压降，
克服交越失真
Re1,Re2：电阻值 1~2?，
射极负反馈电阻，也起限流保护作用
b1
b2
增加对称的负电源 -USC
，使静态时的 A点电位为 0
11.3.5 无输出电容的互补对称功放电路
RL
ui
T1
T2
+USC
CA
UL
+ -UC
+USC
-USC
ui iL
RL
T1
T2
A
OTL电路 OCL电路
t
uo 交越失真
u
i
t
+USC
-USC
ui iL
RL
T1
T2
A
存在交越失真 OCL电路
1.克服交越失真的措施：
R1
D1
D2
R2
静态时,T1,T2两管发射结电位分别为二极管 D1,D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；
动态时,设 ui 加入正弦信号。
正半周 T2 截止,T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周 T1截止，
T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。
+USC
-USC
UL
ui iL
RL
T1
T2
电路中增加 R1,D1,D2,R2支路
uB1
t U
T
t
iB
IBQ
波形关系：
ICQ
iC
uBE
iB
ib
特点,存在较小的静态电流 ICQ,IBQ 。
每管导通时间大于半个周期，基本不失真。
iC
Q uce
USC /RE
USC
IBQ
为更换好地和 T1,T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的 D1,D2两二极管可以用 UBE电压倍增电路替代。
2,UBE电压倍增电路
B1
B2
+
-
B E
R1
R2
UIB
I
合理选择 R1,R2大小,B1、
B2间便可得到 UBE 任意倍数的电压。
图中 B1,B2分别接 T1、
T2的基极。假设 I >>IB，则
2
21
R
RRUU
BE
3,电路中增加复合管增加复合管的目的,扩大电流的驱动能力。
c
b
e
T1
T2
ib
ic
b
e
c
ib
ic
1?2
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
c
b
e
T1
T2
ib
ic
b
e
c
ib
ic
复合 NPN型 复合 PNP型改进后的 OCL准互补输出功放电路：
T1,电压推动级
T2,R1,R2：
UBE倍增电路
T3,T4,T5,T6：
复合管构成的输出级准互补输出级中的 T4,T6均为 NPN
型晶体管，两者特性容易对称。
+USC
-USC
R1
R2
RL
ui
T1
T2
T3
T4
T5
T6
集成运放内部的功率放大器
T5 T6
RC3
RE2
RL
RC4
RE3
T7
T9
T8
T4
R2
R1
T3
R3
RC1
T1
RC2
T2-
+
RE4
RE5
T11
T10
+UCC
-UEE第 1级：差动放大器 第 2级：差动放大器 第 3级：单管放大器第 4级：互补对称射极跟随器
11.3.6 实际功放电路这里介绍一个实用的 OCL准互补功放电路。其中主要环节有,
(1) 恒流源式差动放大输入级（ T1,T2,T3）；
(2) 偏置电路（ R1,D1,D2）；
(3) 恒流源负载（ T5）；
(4) OCL准互补功放输出级（ T7,T8,T9,T10）；
(5) 负反馈电路（ Rf,C1,Rb2构成交流电压串联负反馈）；
(6) 共射放大级（ T4）；
(7) 校正环节（ C5,R4）；
(8) UBE倍增电路（ T6,R2,R3）；
(9) 调整 输出级工作点元件 （ Re7,Rc8,Re9,Re10）。
+24V
ui
RL
T7
T8
RC8 -24V
R2
R3
T6
Rc1
T1 T2
Rb1 Rb2 C1
Rf
R1
D1
D2
T3
Re3
T4
Re4
C2
T5
Re5
C3
C4
T9
T10
Re10
Re7 Re9
C5
R4
BX
差动放大级反馈级偏置电路共射放大级
UBE
倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的 OCL准互补功放电路：
RC
低通
11.3.7 集成功率放大器特点,工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。
集成功放 LM384：
生产厂家,美国半导体器件公司电路形式,OTL
输出功率,8?负载上可得到 5W功率电源电压,最大为 28V
集成功放 LM384管脚说明,
14 -- 电源端（ Vcc）
3,4,5,7 -- 接地端（ GND）
10,11,12 -- 接地端（ GND）
2,6 -- 输入端
（一般 2脚接地）
8 -- 输出端
（经 500?电容接负载）
1 -- 接旁路电容（ 5?）
9,13 -- 空脚（ NC）
集成功放 LM384 外部电路典型接法：
500?-
+
0.1?
2.7?
8
146
2 1
5?
Vcc
ui
8?调节音量电源滤波电容外接旁路电容 低通滤波,去除高频噪声输入信号输出耦合大电容本章小结
1,射极输出器作为功放的缺点 ;
2,OTL功放电路结构及各个元件的作用 ;
3,OCL功放电路结构及各个元件的作用。
