互补对称功率放大电路优化方案

1.无输出变压器（OTL）的互补对称放大电路

图4-55（a）是无输出变压器互补对称放大电路的原理图，V1（NPN型）和V2（PNP型）是两个不同类型的晶体管，两管特性基本上相同.

图4-55　OTL互补对称放大电路原理图及其交流通路图

（1）静态分析.

在静态时，A点的电位为，输出耦合电容CL上的电压即为A点和“地”之间的电位差，也等于.这时输入端ui=0，但有的直流电压，所以两管工作于乙类，都处于截止状态，仅有很小穿透电流ICEO通过．

（2）动态分析．

当有信号输入时，对交流信号而言，输出耦合电容的容抗及电源内阻均甚小，可略去不计，于是得出如图4-55（b）所示的交流通路图.在输入交流信号ui的正半周（输入电压以为基准上下变化），V1的基极电位大于，其发射结处于正向偏置，故导通，集电极电流ic1如图中实线所示.但V2的发射结处于反向偏置，故截止.同理，在ui的负半周，V1截止，V2导通，电流ic2如图中虚线所示.

由图4-5

5（a）可见，当V1

导通时，电容CL被充电，其上电压为.当V2导通时，CL代替电源向V2供电，CL要放电．但是，要使输出波形对称，即ic1=ic2（大小相等，方向相反），必须保持CL上的电压为，在CL放电过程中，其电压会下降很多，因此CL的容量必须足够大．

由此可见，在输入信号ui的一个周期内，电流ic1和ic2以正、反不同的方向交替流过负载电阻RL，在RL上合成而得出一个输出信号电压uo.

这样，在输出信号的一个周期内，两只特性相同的管子交替导通，它们互相补足，故称为互补对称放大电路.并由图可见，互补对称放大电路实际上是由两组射极输出器组成的.所以，它还有输入电阻高和输出电阻低的特点.

图4-55的电路存在一缺点，就是输出电压uo有失真，如图4-55所示.因为晶体管的输入特性曲线上有一段死区电压（硅管约0.5 V），而该电路工作于乙类状态，当输入电压ui尚小而不足以克服死区电压时，晶体管基本上截止，因此在这段区域内输出为零.这种失真称为交越失真.为了避免交越失真，可采用各种电路以产生不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点（避开死区段），即工作于甲乙类工作状态.

为了使互补对称放大电路具有尽可能大的输出功率，一般要加推动级，以保证有足够的功率推动输出管.图4-56是一种具有推动级的互补对称放大电路.V3是工作于甲类状态的推动管，R1和R2组成它的分压式偏置电路，调节R3即可调整IC3的数值．R3和R4是V3的集电极电阻，又是V1和V2偏置电路的一部分.为了避免信号产生交越失真，常使V1和V2工作于甲乙类.在V1和V2的基极之间接入电阻R4就是为了调整V1和V2的静态工作点.一般应使V3的静态集电极电流IC3在R4上的压降恰好等于V1和V2处于甲乙类工作状态下的两管基极电位之差（两管的发射结都处于正向偏置）.电阻R4上并联旁路电容C2的目的，是在动态时使V1和V2的基极交流电位相等，否则将会造成输出波形正、负半周不对称的现象.

V3的偏置电阻R1不接到电源UCC的正端而接到A点，是为了取得电压负反馈，以保证静态时A点的电位稳定在.

图4-56　具有推动级的互补对称放大电路

当有输入信号ui时，由于C1和CE3都可视作对交流短路，故ui直接加到V3的发射结，放大后从V3的集电极取出的信号就是输出管的输入信号，其工作情况与图4-55所示电路一样.(www.xing528.com)

上述互补对称放大电路要求有一对特性相同的NPN和PNP型功率输出管，在输出功率较小时，可以选配这对晶体管，但在要求输出功率较大时，就难于配对，因此通常采用复合管.图4-57列举出了两类复合管.

图4-57　复合管

首先，讨论复合管的电流放大系数.今以图4-57（a）的复合管为例.

可见复合管的电流放大系数近似为两管电流放大系数的乘积，即

其次，从图4-57可以看出，复合管的类型与第一个晶体管（即V1）相同，而与后接晶体管（即V2）无关.图4-57（a）的复合管可等效为一个NPN型管；图4-57（b）的复合管可等效为一个PNP型管.因此，图4-56中的V1管和V2管可以分别用图4-57中的两个复合管替代，如图4-58所示.

采用复合管不仅提高了电流放大系数，而且解决了大功率管的配对问题.在图4-58的两个复合管中，V3和V4是同类型（同是NPN型或PNP型）的功率较大的管子，比较容易选配，而后分别与一对NPN型和PNP型小功率管（即图4.58中的V1和V2）组成复合管.

在图4-58中，接入R6和R7的作用是将复合管第一个管（V1和V2）的穿透电流ICEO分流，不让其全部流入后接晶体管（V3和V4）的基极，以减小总的穿透电流，提高温度稳定性.R8和R9是用来得到电流负反馈，使电路更加稳定．R4和正向连接二极管D1、D2的串联电路是避免产生交越失真的另一种电路.由于二极管的动态电阻很小，R4的阻值也不大，其上交流压降也就不大，因此不一定再接旁路电容.

图4-58　由复合管组成的互补对称放大电路

图4-59　OCL互补对称放大电路

2.无输出电容（OCL）的互补对称放大电路

上述OTL互补对称放大电路中，是采用大容量的极性电容器CL与负载耦合的，因而影响低频性能和无法实现集成化，为此可将电容CL除去而采用OCL电路，如图4-59所示．但OCL电路需用正、负两路电源．

为了避免产生交越失真，图4-59的电路工作于甲乙类状态.由于电路对称，静态时两管的电流相等，负载电阻RL中无电流通过，两管的发射极电位VA=0.

当互补对称放大电路工作在乙类，输入信号足够大和忽略管子饱和压降的情况下，效率可达到78.5%，实际效率比这个数值要低些.