设计功率放大电路时的非线性失真限制问题

集成运算放大电路要求输出级能够带动一定的负载，例如驱动扬声器发出声音，推动电机转动等。这就要求输出级能够输出足够大的信号功率，这种输出级的放大电路称为功率放大电路。

功率放大电路同前面讨论的电压放大电路有所不同，电压放大电路是放大微弱的电压信号，属于小信号放大电路；而功率放大电路是大信号放大电路。对功率放大电路的要求主要有以下几个方面：

（1）要求尽可能大的输出功率。

为了输出最大功率，要求晶体管的电压和电流都有足够大的输出幅度，处于大信号工作状态，甚至接近极限工作状态。输出的最大功率Pom等于最大输出电压有效值与最大输出电流有效值的乘积。

（2）具有较高的转换效率。

从能量转换的观点来看，功率放大电路是将直流电源提供的能量转换成交流电能输出给负载。在能量转换过程中，电路中的晶体管、电阻也要消耗一定的能量，这个问题在大功率输出时比较突出，因此要求功率放大电路具有较高的转换效率。

（3）非线性失真要小。(www.xing528.com)

功率放大电路是在大信号状态下工作，输出电压和电流的幅值都很大，所以不可避免地会产生非线性失真（三极管工作在非线性区）。因此把非线性失真限制在允许的范围内，是设计功率放大电路时必须考虑的问题。

（4）晶体管的散热和保护问题。

在功率放大电路中，晶体管的集电结要消耗较大的功率，会使结温和管壳温度升高，因此要考虑晶体管的散热问题。此外，由于管子承受的电压高、通过的电流大，所以还必须考虑晶体管的保护问题，如对晶体管加装一定面积的散热片，或在电路中增加电流保护环节。另外，在分析功率放大电路时，由于管子处于大信号状态下工作，放大电路的微变等效电路分析法不再适用，通常采用图解法。

功率放大电路类型根据静态工作点处于负载线的中点，近截止区和截止区的位置，分别称为甲类、甲乙类、乙类功率放大电路，如图4.3.1所示，其集电极信号电流的导通角θ分别为2π、π～2π和π。甲类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管均导通，有电流流过；乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通，有电流流过；甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号周期内，管子导通时间大于半个周期而小于一个周期。甲类仅需用一个管子工作，而甲乙类和乙类必须采用两个管子组成互补对称功率放大电路进行工作。但甲类功率放大电路在输入信号为零时，静态ICQ较大，电源消耗功率较大。尽管有信号输入时，部分可转化为有用功率输出，但其效率总是比乙类和甲乙类低。

图4.3.1　各类功率放大电路的静态工作点

目前较多采用甲乙类互补对称功率放大电路。这类电路目前已发展成集成功率放大电路被广泛地应用。