2.3 功率放大電路

功率放大電路簡稱功放電路，其功能是放大幅度較大的信號，讓信號有足夠的功率來推動大功率負載（如揚聲器、儀表的表頭、電動機和繼電器等）工作。功率放大電路一般用作末級放大電路。

2.3.1 功率放大電路的三種狀態

根據功率放大電路功放管（三極管）靜態工作點的不同，功率放大電路主要有三種工作狀態：甲類、乙類和甲乙類，如圖2-21所示。

（1）甲類

甲類工作狀態是指功放管的靜態工作點設在放大區，該狀態下功放管能放大信號正、負半周。

如圖2-21（a）所示，電源VCC經R1、R2分壓為三極管VT基極提供0.6V電壓，VT處于導通狀態。當交流信號正半周加到VT基極時，與基極的0.6V電壓疊加使基極電壓上升，VT仍處于放大狀態，正半周信號經VT放大后從其集電極輸出；當交流信號負半周加到VT基極時，與基極0.6V電壓疊加使基極電壓下降，只要基極電壓不低于0.5V，VT還處于放大狀態，負半周信號被VT放大從其集電極輸出。

圖2-21（a）所示的功率放大電路能放大交流信號的正、負半周信號，它的工作狀態就是甲類。由于三極管正常放大時的基極電壓變化范圍?。?.5～0.7V），所以這種狀態的功率放大電路適合小信號放大。如果輸入信號很大，會使三極管基極電壓過高或過低（低于0.5V），三極管會進入飽和或截止狀態，信號就不能被正常放大，會產生嚴重的失真，因此處于甲類狀態的功率放大電路只能放大幅度小的信號。

（2）乙類

乙類工作狀態是指功放管的靜態工作點Ib設為0時的狀態，該狀態下功放管能放大半個周期的信號。

如圖2-21（b）所示，電源VCC經R1、R2分壓為三極管VT基極提供0.5V電壓，在靜態（無信號輸入）時，VT處于臨界導通狀態（將通未通狀態）。當交流信號正半周送到VT基極時，基極電壓高于0.5V，VT導通，VT進入放大狀態，正半周交流信號被三極管放大輸出；當交流信號負半周來時，VT基極電壓低于0.5V，不能導通。

圖2-21（b）所示的功率放大電路只能放大半個周期的交流信號，它的工作狀態就是乙類。

（3）甲乙類

甲乙類工作狀態是指功放管的靜態工作點設置在接近截止區但仍處于放大區時的狀態，該狀態下Ib很小，功放管處于微導通。

如圖2-21（c）所示，電源VCC經R1、R2分壓為三極管VT基極提供0.55V電壓，VT處于微導通放大狀態。當交流信號正半周加到VT基極時，VT處于放大狀態，正半周信號經VT放大從其集電極輸出；當交流信號負半周加到VT基極時，VT并不是馬上截止，只有低于-0.05V部分來到時，基極電壓低于0.5V，VT才進入截止狀態，大部分負半周信號無法被三極管放大。

圖2-21（c）所示的功率放大電路能放大超過半個周期的交流信號，它的工作狀態就是甲乙類。

綜上所述，功率放大電路的三種狀態的特點是：甲類狀態的功率放大電路能放大交流信號完整的正、負半周信號，甲乙類狀態的功率放大電路能放大超過半個周期的交流信號，而乙類狀態的功率放大電路只能放大半個周期的交流信號。

2.3.2 變壓器耦合功率放大電路

變壓器耦合功率放大電路是指采用變壓器作為耦合元件的功率放大電路。變壓器耦合功率放大電路如圖2-22所示。電源VCC經R1、R2分壓后，通過L2、L3分別為功放管VT1、VT2提供基極電壓，VT1、VT2弱導通，工作在甲乙類狀態。

音頻信號加到變壓器T1初級繞組L1兩端，當音頻信號正半周到來時，L1上的信號電壓極性是上正下負，該電壓感應到L2、L3上，L2、L3上得到的電壓極性都是上正下負，L3的下負電壓加到VT2基極，VT2基極電壓下降而進入截止狀態，L2的上正電壓加到VT1的基極，VT1基極電壓上升進入正常導通放大狀態。VT1導通后有電流流過，電流的途徑是：電源VCC正極→L4→VT1的集電極→發射極→R3→地，該電流就是放大的正半周音頻信號電流，此電流在流經L4時，L4上有音頻信號電壓產生，它感應到L6上，再送到揚聲器兩端。

當音頻信號負半周到來時，L1上的信號電壓極性是上負下正，使L2、L3感應出極性是上負下正的電壓，L2的上負電壓加到VT1基極，VT1基極電壓下降而進入截止狀態，L3的下正電壓加到VT2的基極，VT2基極電壓上升進入正常導通放大狀態。VT2導通后有電流流過，電流的途徑是：電源VCC正極→L5→VT2的集電極→發射極→R3→地，該電流就是放大的負半周音頻信號電流，此電流在流經L5時，L5上有音頻信號電壓產生，它感應到L6上，再加到揚聲器兩端。

VT1、VT2分別放大音頻信號的正半周和負半周，并且一個三極管導通放大時，另一個三極管截止，兩個三極管交替工作，這種放大形式稱為推挽放大。兩個功放管各放大音頻信號半周，結果會有完整的音頻信號流進揚聲器。

2.3.3 OTL功率放大電路

OTL功率放大電路是指無輸出變壓器的功率放大電路。

1. 簡單的OTL功率放大電路

圖2-23所示是一種簡單的OTL功率放大電路。電源VCC經R1、VD1、VD2和R2為三極管VT1、VT2提供基極電壓，若二極管VD1、VD2的導通電壓為0.55V，則A點電壓較B點電壓高1.1V，這兩點的電壓差可以使VT1、VT2兩個發射結剛剛導通，兩個三極管處于微導通狀態。在靜態時，三極管VT1、VT2導通程度相同，故它們的中心點F的電壓約為電源電壓的一半，即。電路工作原理如下所述。

音頻信號通過耦合電容C1加到功率放大電路，當音頻信號正半周來時，B點電壓上升，VT2基極電壓升高，進入截止狀態，由于B點電壓上升，A點電壓也上升（VD1、VD2使A點始終高于B點1.1V），VT1基極電壓上升，進入放大狀態，有放大的電流流過揚聲器，電流途徑是：電源VCC正極→VT1的集電極→發射極→電容C2→揚聲器→地，該電流同時對電容C2充得左正右負的電壓；當音頻信號負半周來時，B點電壓下降，A點電壓也下降，VT1基極電壓下降，進入截止狀態，B點電壓下降會使VT2基極電壓下降，VT2進入放大狀態，有放大的電流流過揚聲器，途徑是：電容C2左正→VT2的發射極→集電極→地→揚聲器→C2右負，有放大的電流流過揚聲器，即音頻信號經VT1、VT2交替放大半周后，有完整正、負半周音頻信號流進揚聲器。

2. 帶自舉功能的OTL功率放大電路

帶自舉功能的OTL功率放大電路如圖2-24所示。

（1）直流工作情況

這個電路的直流工作情況比較復雜，接通電源后三個三極管并不是同時導通的，它們導通的順序依次是VT2、VT1，最后才是VT3導通。電源首先經R6、R4為VT2提供Ib2電流而使VT2導通，VT2導通后，它的Ie2電流一路經R1為VT1提供Ib1電流而使VT1導通，VT1導通后，VT3的Ib3電流才能通過VT1的集電極、發射極和R3到地而導通。

在靜態時，R5和VD1能保證A、B點電壓在1.2V左右，讓VT2、VT3處于剛導通狀態。

另外，VT2、VT3的導通程度相同，F點電壓為電源電壓的一半（）。

（2）交流信號處理過程

音頻信號送到VT1基極，放大后從其集電極輸出，由于集電極和基極是反相關系，所以VT1集電極輸出的信號與基極信號極性相反。

音頻信號的正半周經VT1放大后，從集電極輸出變為負半周信號，該信號使A點電壓下降，經VD1和R5后，B點電壓也下降，功放管VT2截止。A點電壓下降會使VT3導通程度深而進入正常放大狀態，有電流流進揚聲器，途徑是：電容C3左正→VT3的發射極→集電極→揚聲器→C3右負。

音頻信號的負半周經VT1放大后，從集電極輸出變為正半周信號，該信號使A點電壓上升，功放管VT3基極電壓因上升而截止。A點電壓上升后經VD1和R5會使B點電壓上升（相當于正半周信號加到B點），B點電壓上升會使VT2導通程度深，VT2進入正常放大狀態，有電流流進揚聲器，途徑是：電源VCC正極→VT2的集電極→發射極→電容C3→揚聲器→地，該電流同時會對C3充得左正右負電壓。

由此可見，音頻信號正、負半周到來時，VT3、VT2交替工作，有完整的放大的音頻信號流進揚聲器。

（3）自舉升壓原理

C1、R6構成自舉升壓電路，C1為升壓電容，R6為隔離電阻。

在電路工作時，VT1輸出交流信號的正半周，A點電壓上升，VT3截止，上升的A點電壓經VD1、R5使B點電壓也上升，VT2導通加深而進入放大狀態。如果VT1輸出的正半周信號幅度很大，A點電壓很高，B點電壓也上升很高，Ib電流很大，VT2放大的Ic電流很大，Ic電流對電容C3充電很多，F點電壓上升很高，接近電源電壓，F點電壓上升使得VT2的發射結兩端的電壓Ube2減小（Ube2=Ub2-Ue2，Ue2=UF，因為三極管放大作用使Ue2上升較Ub2上升更多，故Ube2減?。?，VT2不能充分導通，這樣會造成大幅度正半周信號到來時不能被正常放大而出現失真。

自舉升壓過程：在靜態時，F點電壓等于，電阻R6阻值很小，G點電壓約等于電源電壓，電容C1被充得上正下負的電壓VCC，大小為。在VT2放大正半周信號時，若F點電壓上升很高，接近電源電壓VCC，由于電容具有“瞬間保持兩端電壓不變”的特點，電容C1一端F點電壓上升，另一端G點電壓也上升，G點電壓約為。G點電壓上升，通過R4使VT2的Ub電壓也拉高，這樣使得VT2在放大幅度大的正半周信號時發射結仍能正常充分導通，從而減少失真。

2.3.4 OCL功率放大電路

OCL功率放大電路是指無輸出電容的功率放大電路。OCL功率放大電路如圖2-25所示，該電路輸出端取消了耦合電容，采用了正、負雙電源供電，電路中+VCC端的電位最高，-VCC端的電位最低，接地的電位高低處于兩者中間。

音頻信號正半周加到A點時，功放管VT2因基極電壓上升而截止，A點電壓上升，經VD1、VD2使B點電壓也上升，VT1因基極電壓上升而導通加深，進入正常放大狀態，有電流流過揚聲器，電流途徑是：+VCC→VT1的集電極→發射極→揚聲器→地，此電流即為放大的音頻正半周信號電流。

音頻信號負半周加到A點時，A點電壓下降，經VD1、VD2使B點電壓也下降，VT1因基極電壓下降而截止。A點電壓下降使功放管VT2基極電壓下降而導通程度加深，進入正常放大狀態，有電流流過揚聲器，電流途徑是：地→揚聲器→VT2的發射極→集電極→-VCC，此電流即為放大的音頻負半周信號電流。

2.3.5 朗讀助記器的原理與檢修（三）

1. 電路原理

朗讀助記器整體電路如圖2-26所示，點畫線框內的為第三部分，它是一個帶自舉升壓功能的OTL功率放大電路。下面介紹第三部分電路的原理。

（1）信號處理過程

三極管VT3輸出的音頻信號經C6耦合到VT4基極，放大后從VT4集電極輸出。當VT4輸出正半周信號時，VT4集電極電壓上升，經VD2、VD1將VT5的基極電壓抬高，VT5導通放大（此時VT6基極因電壓高而截止），有放大的正半周信號經VT5、C8流入揚聲器，其途徑是：+6V→VT5的集電極、發射極→C8→揚聲器→地，同時在C8上充得左正、右負的電壓；當VT4輸出負半周信號時，VT4集電極電壓下降，經VD2、VD1將VT5的基極電壓拉低，VT5截止，此時VT6因基極電壓下降而導通放大，有放大的負半周信號流過揚聲器，其途徑是：C8左正→VT6的發射極、集電極→揚聲器→C8右負。揚聲器有正、負半周信號流過而發聲。

（2）直流工作情況

接通電源后，VT4、VT5、VT6三個三極管并不是同時導通的，它們導通的順序是VT5、VT4先導通，最后才是VT6導通。這是因為電源首先經R15、R13為VT5提供Ib5電流而使VT5導通，VT5導通后，它的Ie5電流經R11為VT4提供Ib4電流而使VT4導通，VT4導通后，VT6的Ib6電流才能通過VT4的集電、發射極和R14到地而導通。

（3）元器件說明

C7、R15構成自舉升壓電路，可以提高VT5的動態范圍。二極管VD1、VD2用來保證靜態時VT5、VT6基極的電壓相差1.1V左右，讓VT5、VT6處于剛導通狀態（又稱微導通狀態）。另外，VT5、VT6的導通程度相同，H點電壓約為電源電壓的一半（）。

2. 電路的檢修

下面以“無聲”故障為例來說明朗讀助記器第三部分電路的檢修方法（第一、二部分電路已確定正常），檢修過程如圖2-27所示。