第五章 功率放大电路
功放电路的特点及其研究对象
互补对称功放电路
甲乙类互补对称电路
变压器功放
集成功放简介
1,功放电路与普通放大电路的比较
功率放大电路：要求负载得到一定的不失真或失真
较小的输出功率；电路工作在大信号状态，
研究的问题是提高输出功率和效率。
共同点：都是能量转换电路，把直流能量转换为交
变能量
不同点：
普通放大电路：要求负载得到不失真电压信
号，不要求输出功率；电路工作在小信号状
态，研究的问题是电压放大倍数、输入和输
出电阻、带宽等。
2,功放电路研究的主要问题
要求 输出功率 尽可能大，要求输出电流和电压都大，管
子运行在极限状态。
电路 效率要高,效率是指负载得到的有用信号功率与电
源供给的直流功率之比，比值越大效率越高。
非线性失真尽可能小,功率与失真是一对矛盾，一般输
出功率越大失真越严重。
半导体的 散热问题,功放电路中很大一部分功率被集电
结消耗掉，使结温上升，为充分利用允许的管耗输出足
够大的功率，散热非常重要。
功放管的 保护问题,为输出足够大的功率，管子承受的
电压很高，通过的电流很大，管子较容易损坏。
3,提高功放效率的途径
v
i ( m A )
CE
C
Q
iC 甲类：最高效率 50%
在整个周期内 i C>0
（ 导通角 =2π）
静态工作点是管耗的
主要因素
v
i ( m A )
CE
C
Q
iC
甲乙类,i C>0的时间大于
半个周期
（ π<导通角 <2π）
v
i ( m A )
CE
C
iC
乙类,i C>0的时间约为半个
周期（ 导通角 =π）
5.1 互补对称功放电路
? 互补对称式功放
? 原理
? 最大输出功率
? 效率
? 乙类功放的失真问题
1.互补对称功放电路构成
T1,T2：
参数互补对称，
称为互补对称电路
vI=0 时 vO=0
+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
+
+
+
+
+
VCC
- -
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
2,互补对称功放电路工作原理
T1和 T2分别组成射极输出器
vI>0 时 T1 导通 T2截
至的等效电路
+
+
+
V CC
-
-
R L
u i
u o
T1
vI
vO
+
+
+
V cc
-
-
R L
u i
u o
T2
vI
vO
vI<0 时 T1 截至 T2导
通的等效电路
-VEE
互补对称功放电路工作原理
VCC = VEE = VCC
v
CE
i (mA) C2
vI < 0时的工作波形
Vcem
Icm1/RL
vI > 0时的工作波形
Vcem
Icm
1/RL
输出电压的最大变化范围,2 Vcem
输出电流的最大变化范围,2 Icm
3,互补对称功放电路分析计算
(1) 输出功率,
L
c e m
Lcm
c e mcm
c e mcm
o
R
V
RI
VI
VI
P
2
2
2
1
2
1
2
1
22
??
???
如果输入足够大,使输出达到最大值 Ｖ CC-VCES,此时的功
率为最大不失真输出功率 Pom
( )
L
CC
L
C E SCC
om R
V
R
VV
P
22
2
1
≈
-
2
1
=
互补对称功放电路分析计算
?
??
?
?
cmCC
cmCCV
IV
tdtIVP
2
)(s i n
2
1
2
0
?
?? ?
每个电源只提供半个周期的电流,电源
提供的平均功率为：
时tωVv omo s in=
(2) 电源提供的功率
互补对称功放电路分析计算
CC
c e m
CC
Lcm
cmCC
Lcm
V
o
V
V
V
RI
IV
RI
P
P
??????
442
2
1 2
??
?
?
电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比,
在输出最大 (Vom ≈Ｖ CC)时得到最大输出功率,
%5.78≈4=
2
/2==
π
π
IVVI
P
P
η cmCCCCcm
V
om
(3) 电路的效率
)
4
-(
1
)-(
2
1
s i n
2
0
1
omomCC
L
L
o
oCCT
omo
VVV
R
td
R
v
vVP
tVv
?
?
?
?
?
?
?
?
?
时
互补对称功放电路分析计算
Vom=0时管耗为 0
Vom= VCC 时管耗为,
?
?
4
42
1
??
L
CC
T R
VP
(4) 管耗
互补对称功放电路分析计算
乙类互补对称电路输入为 0时，输出为 0，管耗也为 0，所以输
入较小时管耗较小；但输出信号越大并不意味着管耗也越大。
管耗最大发生在 时0=/
1 omT dVdP
此时：
CC
CC
om Vπ
VV 6.0≈2=
om
CC
L
T P
V
R
P 2.0
1
2
2
m a x1 ??
?
(5) 最大管耗与输出功率的关系
互补对称功放电路分析计算
1, 0
0, 7 8
0, 2
0, 1 4
00, 61, 0
1, 2 7
Vom/VCC
?
?
?
?
?
?
?
?
L
CC
R
VP 2
2
1/
PV
Po
PT1
PV =Po +2PT1
Po,PT1,PV与 Vom的关系
互补对称功放电路晶体管参数的选择
a,各晶体管的集电极最大
功耗 PCM>PT1max=0.2Pom
b,V(BR)CEO >2VCC
c,ICM>VCC/RL
(6) 参数选择
+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
4,乙类功放存在的问题 — 交越失真
交越失真+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
造成交越失真的原因：静态工作点太低
解决办法：为晶体管提供一定的静态工作电流
交越失真
5.2 甲乙类互补对称电路
? 双电源互补对称电路 (OCL)
? 单电源互补对称电路 (OTL)
1,双电源互补对称电路（ OCL)
(a)利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置
参数计算同, 乙类互补对称电路
失真情况
集成运放驱动的 OCL电路
22kΩ
R3
R L
R4 R6
R7
R8
R9R5 R11
R10
T1 T3
T2 T4
D1
D2
D3RLC1
C2
82kΩ
82kΩ
+12～ 18V
-12～ -18V
10kΩ 22kΩ
10kΩ 240kΩ 0.5kΩ
0.5kΩ240kΩ
22kΩ
8kΩ
实际功放
+
+
+
VCC
-
-
RL
T
T
1
2
D1
D2
R3
R 4
C
R1
R2
vI
vo
VE
2,单电源互补对称电路（ OTL)
电容 C的值足够大。静
态时 VE = 0.5VCC
vI正半周时通过 T1向 C充电，
负半周时由 C代替电源为 T2提
供能量
例题 1
+
+
+
VCC
- -
R Lv
I
EE
vo
-V
T
T
1
2
(1) Vi =10V(有效值 )时,电路的输
出功率,管耗,直流电源提供的功率
和电路的效率,
(2) Vim =20V(幅值 )时,电路的输
出功率,管耗,直流电源提供的功率
和电路的效率
设图示电路电源电压 VCC=VEE=20V,负载 RL=8?,并假定射极
输出器的放大倍数为 1,管子导通时发射结的压降可忽略不计,
试计算,
例题 1
解, (1)
W
R
VP
L
om
O 5.128
10
2
1 22 ???
W
π
V
π
VV
R
P
omomCC
L
T
01.5=)
4
)10×2(
-
10×2×20
(
8
1
=
)
4
-(
1
=
2
2
1
WPP TT 02.102 1 ??
W
R
VVIVP
L
omCCcmCC
V 52.22
22 ???
??
%51.55
52.22
5.12 ???
V
o
P
P?
例题 1
WRVP
L
om
O 258
20
2
1
2
1 22 ????
W
π
V
π
VV
R
P
omomCC
L
T
42 36.3=)
4
20
-
20×20
(
8
1
=
)
4
-(
1
=
2
2
1
WPP TT 84 72.62 1 ??
W
R
VVIVP
L
omCCcmCC
V 8 4 7 3.31
22 ???
??
%5.78
8 4 7 3.31
25 ???
V
o
P
P?
(2)
5.3 变压器功放
过流区
过
压
区
Q
过损区
对甲类功放：
变压器功放
变压器功放
T
R1.
R2.
.
TRANS1
C1
.
RL
.
VCC
? 阻抗变换
? 最佳负载
变压器推挽功放
T1
.
T2
.
.
TRANS5
.
TRANS4
Rb.
RL.
VCC
5.4 集成功率放大电路
? 集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。
集成功放是在集成运算放大器的电压互补输出级后，加入互
补功率输出级而构成的。大多数集成功率放大器实际上也就
是一个具有直接耦合特点的运算放大器。它的使用方法原则
上与集成运算放大器相同。
? 集成功放使用时不能超过规定的极限参数, 极限参数主要有
功耗和最大允许电源电压 。 集成功放要加有足够大的散热器,
保证在额定功耗下温度不超过允许值 。 集成功放一般允许加
上较高的工作电压, 但许多集成功放可以在低电压下工作,
适用于无交流供电的场合, 此时集成功放电源电流较大, 非
线性失真也较大 。
通用型集成功放 FX0021
通用型集功运 FX0021电路
原理如图
R1
180
R2
180
T1
T2
T4
T3
R3
140
R42K
R6
R5
3000pF
+V
-V GND ISC-
ISC+
管壳
输出
T1,R5和 T2,R6分别
组成保护电路
运放起放大作用
T3,T4为功率管，组成
互补对称输出
集成功放 TDA2030A应用
T D A 20 3 0A
R1
2 2K
R2
1K
R3
2 2K
R4
10
C1
C2
1 00 U
C?
0,1 U
+ V c c
-V c c RL
WPR
WPR
VV
omL
omL
CC
224
158
18
????
????
??
功放电路的特点及其研究对象
互补对称功放电路
甲乙类互补对称电路
变压器功放
集成功放简介
1,功放电路与普通放大电路的比较
功率放大电路：要求负载得到一定的不失真或失真
较小的输出功率；电路工作在大信号状态，
研究的问题是提高输出功率和效率。
共同点：都是能量转换电路，把直流能量转换为交
变能量
不同点：
普通放大电路：要求负载得到不失真电压信
号，不要求输出功率；电路工作在小信号状
态，研究的问题是电压放大倍数、输入和输
出电阻、带宽等。
2,功放电路研究的主要问题
要求 输出功率 尽可能大，要求输出电流和电压都大，管
子运行在极限状态。
电路 效率要高,效率是指负载得到的有用信号功率与电
源供给的直流功率之比，比值越大效率越高。
非线性失真尽可能小,功率与失真是一对矛盾，一般输
出功率越大失真越严重。
半导体的 散热问题,功放电路中很大一部分功率被集电
结消耗掉，使结温上升，为充分利用允许的管耗输出足
够大的功率，散热非常重要。
功放管的 保护问题,为输出足够大的功率，管子承受的
电压很高，通过的电流很大，管子较容易损坏。
3,提高功放效率的途径
v
i ( m A )
CE
C
Q
iC 甲类：最高效率 50%
在整个周期内 i C>0
（ 导通角 =2π）
静态工作点是管耗的
主要因素
v
i ( m A )
CE
C
Q
iC
甲乙类,i C>0的时间大于
半个周期
（ π<导通角 <2π）
v
i ( m A )
CE
C
iC
乙类,i C>0的时间约为半个
周期（ 导通角 =π）
5.1 互补对称功放电路
? 互补对称式功放
? 原理
? 最大输出功率
? 效率
? 乙类功放的失真问题
1.互补对称功放电路构成
T1,T2：
参数互补对称，
称为互补对称电路
vI=0 时 vO=0
+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
+
+
+
+
+
VCC
- -
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
2,互补对称功放电路工作原理
T1和 T2分别组成射极输出器
vI>0 时 T1 导通 T2截
至的等效电路
+
+
+
V CC
-
-
R L
u i
u o
T1
vI
vO
+
+
+
V cc
-
-
R L
u i
u o
T2
vI
vO
vI<0 时 T1 截至 T2导
通的等效电路
-VEE
互补对称功放电路工作原理
VCC = VEE = VCC
v
CE
i (mA) C2
vI < 0时的工作波形
Vcem
Icm1/RL
vI > 0时的工作波形
Vcem
Icm
1/RL
输出电压的最大变化范围,2 Vcem
输出电流的最大变化范围,2 Icm
3,互补对称功放电路分析计算
(1) 输出功率,
L
c e m
Lcm
c e mcm
c e mcm
o
R
V
RI
VI
VI
P
2
2
2
1
2
1
2
1
22
??
???
如果输入足够大,使输出达到最大值 Ｖ CC-VCES,此时的功
率为最大不失真输出功率 Pom
( )
L
CC
L
C E SCC
om R
V
R
VV
P
22
2
1
≈
-
2
1
=
互补对称功放电路分析计算
?
??
?
?
cmCC
cmCCV
IV
tdtIVP
2
)(s i n
2
1
2
0
?
?? ?
每个电源只提供半个周期的电流,电源
提供的平均功率为：
时tωVv omo s in=
(2) 电源提供的功率
互补对称功放电路分析计算
CC
c e m
CC
Lcm
cmCC
Lcm
V
o
V
V
V
RI
IV
RI
P
P
??????
442
2
1 2
??
?
?
电路的效率是指输出功率与电源提供的功率之比,
在输出最大 (Vom ≈Ｖ CC)时得到最大输出功率,
%5.78≈4=
2
/2==
π
π
IVVI
P
P
η cmCCCCcm
V
om
(3) 电路的效率
)
4
-(
1
)-(
2
1
s i n
2
0
1
omomCC
L
L
o
oCCT
omo
VVV
R
td
R
v
vVP
tVv
?
?
?
?
?
?
?
?
?
时
互补对称功放电路分析计算
Vom=0时管耗为 0
Vom= VCC 时管耗为,
?
?
4
42
1
??
L
CC
T R
VP
(4) 管耗
互补对称功放电路分析计算
乙类互补对称电路输入为 0时，输出为 0，管耗也为 0，所以输
入较小时管耗较小；但输出信号越大并不意味着管耗也越大。
管耗最大发生在 时0=/
1 omT dVdP
此时：
CC
CC
om Vπ
VV 6.0≈2=
om
CC
L
T P
V
R
P 2.0
1
2
2
m a x1 ??
?
(5) 最大管耗与输出功率的关系
互补对称功放电路分析计算
1, 0
0, 7 8
0, 2
0, 1 4
00, 61, 0
1, 2 7
Vom/VCC
?
?
?
?
?
?
?
?
L
CC
R
VP 2
2
1/
PV
Po
PT1
PV =Po +2PT1
Po,PT1,PV与 Vom的关系
互补对称功放电路晶体管参数的选择
a,各晶体管的集电极最大
功耗 PCM>PT1max=0.2Pom
b,V(BR)CEO >2VCC
c,ICM>VCC/RL
(6) 参数选择
+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
4,乙类功放存在的问题 — 交越失真
交越失真+
+
+
+
+
VCC
-
-
-
-
RL
vCE1
vCE2
-VEE
T1
T2
↓ iC1
↓ iC2
vI v
O
造成交越失真的原因：静态工作点太低
解决办法：为晶体管提供一定的静态工作电流
交越失真
5.2 甲乙类互补对称电路
? 双电源互补对称电路 (OCL)
? 单电源互补对称电路 (OTL)
1,双电源互补对称电路（ OCL)
(a)利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置
参数计算同, 乙类互补对称电路
失真情况
集成运放驱动的 OCL电路
22kΩ
R3
R L
R4 R6
R7
R8
R9R5 R11
R10
T1 T3
T2 T4
D1
D2
D3RLC1
C2
82kΩ
82kΩ
+12～ 18V
-12～ -18V
10kΩ 22kΩ
10kΩ 240kΩ 0.5kΩ
0.5kΩ240kΩ
22kΩ
8kΩ
实际功放
+
+
+
VCC
-
-
RL
T
T
1
2
D1
D2
R3
R 4
C
R1
R2
vI
vo
VE
2,单电源互补对称电路（ OTL)
电容 C的值足够大。静
态时 VE = 0.5VCC
vI正半周时通过 T1向 C充电，
负半周时由 C代替电源为 T2提
供能量
例题 1
+
+
+
VCC
- -
R Lv
I
EE
vo
-V
T
T
1
2
(1) Vi =10V(有效值 )时,电路的输
出功率,管耗,直流电源提供的功率
和电路的效率,
(2) Vim =20V(幅值 )时,电路的输
出功率,管耗,直流电源提供的功率
和电路的效率
设图示电路电源电压 VCC=VEE=20V,负载 RL=8?,并假定射极
输出器的放大倍数为 1,管子导通时发射结的压降可忽略不计,
试计算,
例题 1
解, (1)
W
R
VP
L
om
O 5.128
10
2
1 22 ???
W
π
V
π
VV
R
P
omomCC
L
T
01.5=)
4
)10×2(
-
10×2×20
(
8
1
=
)
4
-(
1
=
2
2
1
WPP TT 02.102 1 ??
W
R
VVIVP
L
omCCcmCC
V 52.22
22 ???
??
%51.55
52.22
5.12 ???
V
o
P
P?
例题 1
WRVP
L
om
O 258
20
2
1
2
1 22 ????
W
π
V
π
VV
R
P
omomCC
L
T
42 36.3=)
4
20
-
20×20
(
8
1
=
)
4
-(
1
=
2
2
1
WPP TT 84 72.62 1 ??
W
R
VVIVP
L
omCCcmCC
V 8 4 7 3.31
22 ???
??
%5.78
8 4 7 3.31
25 ???
V
o
P
P?
(2)
5.3 变压器功放
过流区
过
压
区
Q
过损区
对甲类功放：
变压器功放
变压器功放
T
R1.
R2.
.
TRANS1
C1
.
RL
.
VCC
? 阻抗变换
? 最佳负载
变压器推挽功放
T1
.
T2
.
.
TRANS5
.
TRANS4
Rb.
RL.
VCC
5.4 集成功率放大电路
? 集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。
集成功放是在集成运算放大器的电压互补输出级后，加入互
补功率输出级而构成的。大多数集成功率放大器实际上也就
是一个具有直接耦合特点的运算放大器。它的使用方法原则
上与集成运算放大器相同。
? 集成功放使用时不能超过规定的极限参数, 极限参数主要有
功耗和最大允许电源电压 。 集成功放要加有足够大的散热器,
保证在额定功耗下温度不超过允许值 。 集成功放一般允许加
上较高的工作电压, 但许多集成功放可以在低电压下工作,
适用于无交流供电的场合, 此时集成功放电源电流较大, 非
线性失真也较大 。
通用型集成功放 FX0021
通用型集功运 FX0021电路
原理如图
R1
180
R2
180
T1
T2
T4
T3
R3
140
R42K
R6
R5
3000pF
+V
-V GND ISC-
ISC+
管壳
输出
T1,R5和 T2,R6分别
组成保护电路
运放起放大作用
T3,T4为功率管，组成
互补对称输出
集成功放 TDA2030A应用
T D A 20 3 0A
R1
2 2K
R2
1K
R3
2 2K
R4
10
C1
C2
1 00 U
C?
0,1 U
+ V c c
-V c c RL
WPR
WPR
VV
omL
omL
CC
224
158
18
????
????
??
