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，让信号有足够的功率来推动大功率负载（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

根据功率放大电路功放管（三极管）静态工作点的不同，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2-21所示。

（1）甲类

甲类工作状态是指功放管的静态工作点设在放大区，该状态下功放管能放大信号正、负半周。

如图2-21（a）所示，电源 V _CC 经R ₁ 、R ₂ 分压为三极管VT基极提供0.6V电压，VT处于导通状态。当交流信号正半周加到VT基极时，与基极的0.6V电压叠加使基极电压上升，VT仍处于放大状态，正半周信号经VT放大后从其集电极输出；当交流信号负半周加到VT基极时，与基极0.6V电压叠加使基极电压下降，只要基极电压不低于0.5V，VT还处于放大状态，负半周信号被VT放大从其集电极输出。

图2-21（a）所示的功率放大电路能放大交流信号的正、负半周信号，它的工作状态就是甲类。由于三极管正常放大时的基极电压变化范围小（0.5～0.7V），所以这种状态的功率放大电路适合小信号放大。如果输入信号很大，会使三极管基极电压过高或过低（低于0.5V），三极管会进入饱和或截止状态，信号就不能被正常放大，会产生严重的失真，因此处于甲类状态的功率放大电路只能放大幅度小的信号。

（2）乙类

乙类工作状态是指功放管的静态工作点 I _b 设为0时的状态，该状态下功放管能放大半个周期的信号。

如图2-21（b）所示，电源 V _CC 经R ₁ 、R ₂ 分压为三极管VT基极提供0.5V电压，在静态（无信号输入）时，VT处于临界导通状态（将通未通状态）。当交流信号正半周送到VT基极时，基极电压高于0.5V，VT导通，VT进入放大状态，正半周交流信号被三极管放大输出；当交流信号负半周来时，VT基极电压低于0.5V，不能导通。

图2-21（b）所示的功率放大电路只能放大半个周期的交流信号，它的工作状态就是乙类。

（3）甲乙类

甲乙类工作状态是指功放管的静态工作点设置在接近截止区但仍处于放大区时的状态，该状态下 I _b 很小，功放管处于微导通。

如图2-21（c）所示，电源 V _CC 经R ₁ 、R ₂ 分压为三极管VT基极提供0.55V电压，VT处于微导通放大状态。当交流信号正半周加到VT基极时，VT处于放大状态，正半周信号经VT放大从其集电极输出；当交流信号负半周加到VT基极时，VT并不是马上截止，只有低于-0.05V部分来到时，基极电压低于0.5V，VT才进入截止状态，大部分负半周信号无法被三极管放大。

图2-21（c）所示的功率放大电路能放大超过半个周期的交流信号，它的工作状态就是甲乙类。

综上所述， 功率放大电路的三种状态的特点是：甲类状态的功率放大电路能放大交流信号完整的正、负半周信号，甲乙类状态的功率放大电路能放大超过半个周期的交流信号，而乙类状态的功率放大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2-22所示。电源 V _CC 经R ₁ 、R ₂ 分压后，通过L ₂ 、L ₃ 分别为功放管VT ₁ 、VT ₂ 提供基极电压，VT ₁ 、VT ₂ 弱导通，工作在甲乙类状态。

音频信号加到变压器T ₁ 初级绕组L ₁ 两端，当音频信号正半周到来时，L ₁ 上的信号电压极性是上正下负，该电压感应到L ₂ 、L ₃ 上，L ₂ 、L ₃ 上得到的电压极性都是上正下负，L ₃ 的下负电压加到VT ₂ 基极，VT ₂ 基极电压下降而进入截止状态，L ₂ 的上正电压加到VT ₁ 的基极，VT ₁ 基极电压上升进入正常导通放大状态。VT ₁ 导通后有电流流过，电流的途径是：电源 V _CC 正极→L ₄ →VT ₁ 的集电极→发射极→R ₃ →地，该电流就是放大的正半周音频信号电流，此电流在流经L ₄ 时，L ₄ 上有音频信号电压产生，它感应到L ₆ 上，再送到扬声器两端。

当音频信号负半周到来时，L ₁ 上的信号电压极性是上负下正，使L ₂ 、L ₃ 感应出极性是上负下正的电压，L ₂ 的上负电压加到VT ₁ 基极，VT ₁ 基极电压下降而进入截止状态，L ₃ 的下正电压加到VT ₂ 的基极，VT ₂ 基极电压上升进入正常导通放大状态。VT ₂ 导通后有电流流过，电流的途径是：电源 V _CC 正极→L ₅ →VT ₂ 的集电极→发射极→R ₃ →地，该电流就是放大的负半周音频信号电流，此电流在流经L ₅ 时，L ₅ 上有音频信号电压产生，它感应到L ₆ 上，再加到扬声器两端。

VT ₁ 、VT ₂ 分别放大音频信号的正半周和负半周，并且一个三极管导通放大时，另一个三极管截止，两个三极管交替工作，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2-23所示是一种简单的OTL功率放大电路。电源 V _CC 经R ₁ 、VD ₁ 、VD ₂ 和R ₂ 为三极管VT ₁ 、VT ₂ 提供基极电压，若二极管VD ₁ 、VD ₂ 的导通电压为0.55V，则A点电压较B点电压高1.1V，这两点的电压差可以使VT ₁ 、VT ₂ 两个发射结刚刚导通，两个三极管处于微导通状态。在静态时，三极管VT ₁ 、VT ₂ 导通程度相同，故它们的中心点F的电压约为电源电压的一半，即 。电路工作原理如下所述。

音频信号通过耦合电容C ₁ 加到功率放大电路，当音频信号正半周来时，B点电压上升，VT ₂ 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（VD ₁ 、VD ₂ 使A点始终高于B点1.1V），VT ₁ 基极电压上升，进入放大状态，有放大的电流流过扬声器，电流途径是：电源 V _CC 正极→VT ₁ 的集电极→发射极→电容C ₂ →扬声器→地，该电流同时对电容C ₂ 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，VT ₁ 基极电压下降，进入截止状态，B点电压下降会使VT ₂ 基极电压下降，VT ₂ 进入放大状态，有放大的电流流过扬声器，途径是：电容C ₂ 左正→VT ₂ 的发射极→集电极→地→扬声器→C ₂ 右负，有放大的电流流过扬声器，即音频信号经VT ₁ 、VT ₂ 交替放大半周后，有完整正、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2-24所示。

（1）直流工作情况

这个电路的直流工作情况比较复杂，接通电源后三个三极管并不是同时导通的，它们导通的顺序依次是VT ₂ 、VT ₁ ，最后才是VT ₃ 导通。电源首先经R ₆ 、R ₄ 为VT ₂ 提供 I _b2 电流而使VT ₂ 导通，VT ₂ 导通后，它的 I _e2 电流一路经R ₁ 为VT ₁ 提供 I _b1 电流而使VT ₁ 导通，VT ₁ 导通后，VT ₃ 的 I _b3 电流才能通过VT ₁ 的集电极、发射极和R ₃ 到地而导通。

在静态时，R ₅ 和VD ₁ 能保证A、B点电压在1.2V左右，让VT ₂ 、VT ₃ 处于刚导通状态。

另外，VT ₂ 、VT ₃ 的导通程度相同，F点电压为电源电压的一半（ ）。

（2）交流信号处理过程

音频信号送到VT ₁ 基极，放大后从其集电极输出，由于集电极和基极是反相关系，所以VT ₁ 集电极输出的信号与基极信号极性相反。

音频信号的正半周经VT ₁ 放大后，从集电极输出变为负半周信号，该信号使A点电压下降，经VD ₁ 和R ₅ 后，B点电压也下降，功放管VT ₂ 截止。A点电压下降会使VT ₃ 导通程度深而进入正常放大状态，有电流流进扬声器，途径是：电容C ₃ 左正→VT ₃ 的发射极→集电极→扬声器→C ₃ 右负。

音频信号的负半周经VT ₁ 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VT ₃ 基极电压因上升而截止。A点电压上升后经VD ₁ 和R ₅ 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VT ₂ 导通程度深，VT ₂ 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→VT ₂ 的集电极→发射极→电容C ₃ →扬声器→地，该电流同时会对C ₃ 充得左正右负电压。

由此可见，音频信号正、负半周到来时，VT ₃ 、VT ₂ 交替工作，有完整的放大的音频信号流进扬声器。

（3）自举升压原理

C ₁ 、R ₆ 构成自举升压电路，C ₁ 为升压电容，R ₆ 为隔离电阻。

在电路工作时，VT ₁ 输出交流信号的正半周，A点电压上升，VT ₃ 截止，上升的A点电压经VD ₁ 、R ₅ 使B点电压也上升，VT ₂ 导通加深而进入放大状态。如果VT ₁ 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 电流很大，VT ₂ 放大的 I _c 电流很大， I _c 电流对电容C ₃ 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VT ₂ 的发射结两端的电压 U _be2 减小（ U _be2 = U _b2 - U _e2 ， U _e2 = U F，因为三极管放大作用使 U _e2 上升较 U _b2 上升更多，故 U _be2 减小），VT ₂ 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 ，电阻R ₆ 阻值很小，G点电压约等于电源电压，电容C ₁ 被充得上正下负的电压 V _CC ，大小为 。在VT ₂ 放大正半周信号时，若F点电压上升很高，接近电源电压 V _CC ，由于电容具有“瞬间保持两端电压不变”的特点，电容C ₁ 一端F点电压上升，另一端G点电压也上升，G点电压约为 。G点电压上升，通过R ₄ 使VT ₂ 的 U _b 电压也拉高，这样使得VT ₂ 在放大幅度大的正半周信号时发射结仍能正常充分导通，从而减少失真。

2.3.4 OCL功率放大电路

OCL功率放大电路是指无输出电容的功率放大电路。OCL功率放大电路如图2-25所示，该电路输出端取消了耦合电容，采用了正、负双电源供电，电路中+ V _CC 端的电位最高，- V _CC 端的电位最低，接地的电位高低处于两者中间。

音频信号正半周加到A点时，功放管VT ₂ 因基极电压上升而截止，A点电压上升，经VD ₁ 、VD ₂ 使B点电压也上升，VT ₁ 因基极电压上升而导通加深，进入正常放大状态，有电流流过扬声器，电流途径是：+ V _CC →VT ₁ 的集电极→发射极→扬声器→地，此电流即为放大的音频正半周信号电流。

音频信号负半周加到A点时，A点电压下降，经VD ₁ 、VD ₂ 使B点电压也下降，VT ₁ 因基极电压下降而截止。A点电压下降使功放管VT ₂ 基极电压下降而导通程度加深，进入正常放大状态，有电流流过扬声器，电流途径是：地→扬声器→VT ₂ 的发射极→集电极→- V _CC ，此电流即为放大的音频负半周信号电流。

2.3.5 朗读助记器的原理与检修（三）

1. 电路原理

朗读助记器整体电路如图2-26所示，点画线框内的为第三部分，它是一个带自举升压功能的OTL功率放大电路。下面介绍第三部分电路的原理。

（1）信号处理过程

三极管VT ₃ 输出的音频信号经C ₆ 耦合到VT ₄ 基极，放大后从VT ₄ 集电极输出。当VT ₄ 输出正半周信号时，VT ₄ 集电极电压上升，经VD ₂ 、VD ₁ 将VT ₅ 的基极电压抬高，VT ₅ 导通放大（此时VT ₆ 基极因电压高而截止），有放大的正半周信号经VT ₅ 、C ₈ 流入扬声器，其途径是：+6V→VT ₅ 的集电极、发射极→C ₈ →扬声器→地，同时在C ₈ 上充得左正、右负的电压；当VT ₄ 输出负半周信号时，VT ₄ 集电极电压下降，经VD ₂ 、VD ₁ 将VT ₅ 的基极电压拉低，VT ₅ 截止，此时VT ₆ 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：C ₈ 左正→VT ₆ 的发射极、集电极→扬声器→C ₈ 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，VT ₄ 、VT ₅ 、VT ₆ 三个三极管并不是同时导通的，它们导通的顺序是VT ₅ 、VT ₄ 先导通，最后才是VT ₆ 导通。这是因为电源首先经R ₁₅ 、R ₁₃ 为VT ₅ 提供 I _b5 电流而使VT ₅ 导通，VT ₅ 导通后，它的 I _e5 电流经R ₁₁ 为VT ₄ 提供 I _b4 电流而使VT ₄ 导通，VT ₄ 导通后，VT ₆ 的 I _b6 电流才能通过VT ₄ 的集电、发射极和R ₁₄ 到地而导通。

（3）元器件说明

C ₇ 、R ₁₅ 构成自举升压电路，可以提高VT ₅ 的动态范围。二极管VD ₁ 、VD ₂ 用来保证静态时VT ₅ 、VT ₆ 基极的电压相差1.1V左右，让VT ₅ 、VT ₆ 处于刚导通状态（又称微导通状态）。另外，VT ₅ 、VT ₆ 的导通程度相同，H点电压约为电源电压的一半（ ）。

2. 电路的检修

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方法（第一、二部分电路已确定正常），检修过程如图2-27所示。