功率放大器的作用是將來(lái)自前置放大器的信號放大到足夠能推動(dòng)相應揚聲器系統所需的功率。就其功率來(lái)說(shuō)遠比前置放大器簡(jiǎn)單，就其消耗的電功率來(lái)說(shuō)遠比前置放大器為大，因為功率放大器的本質(zhì)就是將交流電能"轉化"為音頻信號，當然其中不可避免地會(huì )有能量損失，其中尤以甲類(lèi)放大和電子管放大器為甚。

功率放大器的結構

功率放大器的方框圖如圖1-1所示。

?差分對管輸入級

輸入級主要起緩沖作用。輸入輸入阻抗較高時(shí)，通常引入一定量的負反饋，增加個(gè)功放電路的穩定性和降低噪聲。

1.前置激勵級的作用是控制其后的激勵級和功勞輸出級兩推挽管的直流平衡，并提供足夠的電壓增益。

激勵級則給功率輸出級提供足夠大的激勵電流及穩定的靜態(tài)偏壓。激勵級和功率輸出級則向揚聲器提供足夠的激勵電流，以保證揚聲器正確放音。此外，功率輸出級還向保護電路、指示電路提供控制信號和向輸入級提供負反饋信號（有必要時(shí)）。

放大器的輸入級功率放大器的輸入級幾乎一律都采用差分對管放大電路。由于它處理的信號很弱，由電壓差分輸入給出的是與輸入端口處電壓基本上無(wú)關(guān)的電流輸出，加之他的直流失調量很小，固定電流不再必須通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò )，所以其線(xiàn)性問(wèn)題容易處理。事實(shí)上，它的線(xiàn)性遠比單管輸入級為好。圖1-2示出了3種最常用的差分對管輸入級電路圖。

?圖1-2種差分對管輸入級電路

在輸入級電路中，輸入對管的直流平衡是極其重要的。為了取得精確的平衡，在輸入級中加上一個(gè)電流反射鏡結構，如圖1-3所示。它能夠迫使對管兩集電極電流近于相等，從而可以對二次諧波準確地加以抵消。此外，流經(jīng)輸入電阻與反饋電阻的兩基極電流因不相等所造成的直流失調也變得更小了，三次諧波失真也降為不加電流反射鏡時(shí)的四分之一。

在平衡良好的輸入級中，加上一個(gè)電流反射鏡，至少可把總的開(kāi)環(huán)增益提高6Db。而對于事先未能取得足夠好平衡的輸入級，加上電流反射鏡后，則提高量最大可達15dB。另一個(gè)結果是，起轉換速度在加電流反射鏡后，大致提高了一倍。

在輸入級中，即使是差分對管采用了電流反射鏡結構，也仍然有必要采取一定措施，以見(jiàn)效她的高頻失真。下面簡(jiǎn)述幾鐘常用的方法。

1）恒頂互導負反饋法

圖1-4示出了標準輸入級（a）和加有恒定互導（gm）負反饋輸入級（b）的電路原理圖。經(jīng)計算，各管加入的負反饋電阻值為22Ω當輸入電壓級為-40dB條件下,經(jīng)測試失真由0.32%減小到了0.032%。同時(shí)，在保持gm為恒定的情況下，電流增大兩倍,并可提高轉換速率(10~20)V/us。

?圖1-3標準電流反饋鏡輸入級 1-4 標準輸入級和加有恒定互導負反饋輸入級

將輸入管換成互補反饋行對管的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為CFP法，電路示于圖1-5

?圖1-5 改進(jìn)型差分管輸入級

這種輸入級與上述恒定互導負反饋輸入級相比，在輸入電壓級為-30dB情況下，測試結果顯示，恒定互導負反饋輸入級給出的三次諧波失真為0.35%，而CFP型輸入級的三次諧波失真為0.045%，對其它情況來(lái)說(shuō)，后者的三次諧波失真大致為前者的一半。

共射—共基互補輸入電路示于圖1-6（c）在該圖示值情況下，當輸入電平級為-30Db時(shí)，失真見(jiàn)效到0.016%左右。另外，由于該電路在輸入管集電極處不存在值得重視的電壓波動(dòng)，其主要好處是把輸入器件用來(lái)工作的電壓Vce給降下來(lái)。這樣就可以允許她以較低的溫度工作，從而改善其熱平衡，通常Vce為5V即可工作的很好。

1.共射—共基互補型輸入級

2.將輸入管換成互補負反饋型對管

3.改進(jìn)輸入級線(xiàn)性的方法

4.加有電流反射鏡的輸入級

電壓放大級

由于電壓放大級不僅要提供全部的電壓增益，而且還要給出正個(gè)輸出的電壓擺幅，因而電壓放大級被人為是聲頻放大器中最關(guān)鍵的部分。然而，設計的好的電壓放大級，其對整個(gè)放大器的綜合時(shí)針是沒(méi)有多達影響的，電壓放大級自身產(chǎn)生的失真是很小的。圖1-7給出了6中電壓放大級的原理圖，其中（a）為以電流源為負載的常規電壓放大級；圖(b)為負載被自舉的常規電壓放大級；（c）為通過(guò)加強β的射極跟隨器，深化局部負反饋電壓放大級；（d）為采用共射—共基接法，深化局部負反饋電壓放大級；（e）為加有緩沖的電壓放大級；(f)為采用交替緩沖對電壓放大管負載加以自舉的電壓放大級。

?圖1-7 電壓放大級的6種變形電路

使電壓放大級具有交稿的局部開(kāi)環(huán)增益是很重要的，因為只有這樣一來(lái)才能對電壓放大級記憶線(xiàn)性化，且可采用有源負載技術(shù)，以提高電壓增益。例如圖1-7（a、b、f）所示，若要進(jìn)一步改進(jìn)電壓放大級，其較有成效的途徑是致力于改善其特性曲線(xiàn)的非線(xiàn)性。

功率輸出級

眾所周知，決定輸出級時(shí)針的最基本因素就是工作類(lèi)別。由于甲類(lèi)工作狀態(tài)不會(huì )產(chǎn)生交越失真和開(kāi)關(guān)失真，因而成為理想的模式。然而，其產(chǎn)生的大信號失真仍未能小到可以忽略的程度。對甲乙類(lèi)而言，如果輸出功率超出甲類(lèi)工作所能承受的電平，則總諧波失真肯定會(huì )增大。因為這時(shí)的偏置控制是超前的，其互導倍增效應（即位于甲類(lèi)工作區，兩管同事導通所導致的電壓增益增大現象）對時(shí)針殘留物產(chǎn)生影響而出現了許多高次諧波。這個(gè)事實(shí)似乎還鮮為人知，恐怕是由于在大多數放大器中這種互導倍增失真的電平相對都比較小，并被七臺河失真所完全淹沒(méi)了的緣故。對于甲乙類(lèi)而言，通過(guò)對它與甲乙類(lèi)失真殘留物頻譜分析可知，除不可避免的輸出級失真外，所有的非線(xiàn)性都已有效地加以排除，且在奇次諧波幅度上，最佳乙類(lèi)狀態(tài)要比甲乙累低10Db。實(shí)際上，奇次諧波普遍認為是最令人討厭的東西，因此正確的做法是不避免甲乙類(lèi)工作狀態(tài)。

由此看來(lái)，關(guān)于輸出級工作狀態(tài)的選擇，似乎只能在甲鐳和乙類(lèi)二者中選取。但是，如果從效率、大信號失真、溫升及其它失真等方面綜合加以考慮的話(huà)，乙類(lèi)的各項性能指標是壓倒其它類(lèi)別的，因此輸出級選擇乙類(lèi)工作狀態(tài)得到廣泛應用。

輸出級的類(lèi)型約有20余種，例如射極跟隨器式輸出級、互補反饋對管式輸出級、準互補式輸出級、三重式輸出級、功率FET式輸出級等，還有誤差校正型輸出級、電流傾注行輸出級及布洛姆利（Blomley）型輸出級等。

現僅介紹幾鐘如下：

輸出級的類(lèi)型

射極跟隨器式輸出級（達林頓結構）

圖1-8是最常見(jiàn)的3種射極跟隨器式輸出級，他們是雙重射極跟隨器結構，其中第一個(gè)跟隨器是第2個(gè)跟隨器（輸出管）的驅動(dòng)器。這里所以不稱(chēng)為答林頓結構，因為達林頓結構暗含著(zhù)它可以是包括了驅動(dòng)管、輸出管以及各種射極電阻的集成塊。

?圖1-8 3種類(lèi)型的射極跟隨器輸出級三種類(lèi)型電路中，（a）為盛行的一種，其特征是把驅動(dòng)管的射極電阻連接到輸出電路上去。而（b）類(lèi)型兩驅動(dòng)官所公有的射極電阻Rd不在接到輸出電路上，可以在輸出管正處于關(guān)斷時(shí)讓驅動(dòng)管對其發(fā)射結加以反偏置。（c）類(lèi)型是通過(guò)把兩驅動(dòng)管射極電阻分別接到側供電電路上（而不是接到輸出電路上）來(lái)維持驅動(dòng)管工作于甲類(lèi)狀態(tài)的一種結構。其突出的特點(diǎn)是在對輸出管基極進(jìn)行反偏置這一點(diǎn)上，表現的與（b）類(lèi)型同等良好，高頻事會(huì )關(guān)端得更為干脆。

事實(shí)上，上述三種類(lèi)型輸出級的共同特點(diǎn)都是在輸入端與負載之間串接了兩個(gè)發(fā)射結。另一個(gè)特點(diǎn)就是增益降落產(chǎn)生在大輸出電壓與重負載的場(chǎng)合。

射極跟隨器式輸出級的特點(diǎn)是輸入是通過(guò)串聯(lián)的兩個(gè)發(fā)射結傳遞給輸出端，且這一級末加局部負反饋。另一個(gè)特點(diǎn)是在扁壓與射極電阻Re之間存在兩個(gè)不同的發(fā)射結，所傳輸的電流不同，且結溫也不同。

1.互補反饋對管式輸出級

互補反饋對管式輸出級也稱(chēng)為西克對管（SzikLai-Pair）式輸出級，見(jiàn)圖1-9。其特點(diǎn)是，驅動(dòng)管是按照有利于對輸出電壓與輸入電壓加以比較的需求來(lái)設置的，他可以給出更好的線(xiàn)性以及叫好的熱穩定性。

由博里葉分析可知，互補反饋對管式輸出級產(chǎn)生的大信號非線(xiàn)性比射極跟隨器的要小，同時(shí)，交越區的寬度也窄的多，約為±0.3V。

2.準互補式輸出級

圖1-10（a）示出了標準型準互補電路，（b）為巴克森德?tīng)枺˙axandall）準互補電路。標準型準互補電路在交越區附近的對稱(chēng)性不佳，而對稱(chēng)性得到較大的改善的是采用跋克森徳爾二極管的巴克森徳爾互補電路。它常用語(yǔ)放大器的閉環(huán)中，在其它時(shí)針已大大地排除之后，它能夠給出很好的性能。例如，當用于負反饋因數為34dB左右（30KHz）的放大器時(shí)，在100W條件下，失真可很容易做到0.0015%（1KHz）與0.15%（10kHz）。

?圖1-9 互補反饋對管式輸出級 圖1-10 準互補式輸出級

3.三重式輸出級

三重式輸出級的電路結構，是在輸出級的每一半電路部分使用3個(gè)晶體管二不是2只，它可以有7種變形之多。該電路形式運用得正確，可有以下兩個(gè)好處：

a、對于大輸出電壓與電流所給出的線(xiàn)性較好；

b、由于能夠讓前驅動(dòng)管來(lái)處理功率很小的信號，耳使其可一直保持很低的工作溫度，從而使靜態(tài)設定條件更加穩定。圖1-11示出了產(chǎn)品設計中所常用的3種重式輸出電路。

?輸出級的時(shí)針可細分為大信號非現行失真、交越失真和開(kāi)關(guān)（關(guān)斷）失真3種。

在考慮所有雙極晶體管級的情況下，它們的大信號非線(xiàn)性失真（LSN）共同表現如下：

a、LSN隨負載阻抗的減小而增大

在負載為8Ω的典型輸出級中，其閉環(huán)LSN通?？珊雎圆挥?，但當負載阻抗為4Ω時(shí)，其相對較純的三次諧波會(huì )在THD殘留物中變得明顯起來(lái)。

b、LSN隨驅動(dòng)管發(fā)射極活集電極電阻的減小而加重。

出現上述情況的原因是驅動(dòng)管 擺幅變大，然而其好處是可見(jiàn)效關(guān)端失真，二者兼顧折衷的方法是取阻值為47~100Ω。

需要指出的是，LSN在總失真所占有的比重（負載為8Ω時(shí)）與交越失真和關(guān)斷失真相比是很小的。這個(gè)論斷在4Ω負載時(shí)是不成立的，更不要說(shuō)是2Ω負載了。如果設計重點(diǎn)不是放在使關(guān)斷失真最小化上，冊互補反饋對管式輸出級通常是最佳的選擇。

c、大Ic時(shí)的增益跌落可又簡(jiǎn)單有效的前饋機制部分地加以抵消。

a.大信號非線(xiàn)性時(shí)針

b.輸出級的失真

4.交越失真

交越時(shí)針之所以對乙類(lèi)功放最為有害，是由于它會(huì )產(chǎn)生令人討厭的高次諧波，而且其值會(huì )隨信號電品的下降而增大。事實(shí)上，就一太驅動(dòng)8Ω負載放大器而言，其綜合線(xiàn)性是由交越失真來(lái)決定的，即使是在其輸出級設計的很好，并且加的偏壓也為最佳值時(shí)，也是如此。

圖1-12（欠圖）示出了失真加噪聲（THD+N）隨輸出電平降低而增大的情形，但其變化比較緩慢。實(shí)際上，射隨器式互補反饋對管式輸出級都具有與圖1-12相類(lèi)似的曲線(xiàn)，不管偏置不足的程度有多大，總諧波失真在輸出電壓減半時(shí)將增加1.5倍。

圖1-12 THD+N隨輸出電平變化曲線(xiàn)（欠圖）

關(guān)于交越失真的情況，英國有關(guān)部門(mén)文獻的報道如下：

實(shí)驗證明，就大多數指標而言，互補反饋對管式輸出級優(yōu)于射極跟隨器式輸出級。有關(guān)實(shí)驗結果于表1-1、1-2、1-3中，其中表1-2、1-3分別為互補反饋對管式輸出級及射極跟隨器輸出級和互補反饋對管輸出級的實(shí)驗結果。表中Vb為倍增偏置發(fā)生器在驅動(dòng)級基極兩端建立的電壓，工作于乙類(lèi)放大狀態(tài)時(shí)，Vb=Vq~3Vq，Vq為在兩個(gè)發(fā)射極電阻Re兩端產(chǎn)生的靜態(tài)電壓，通常Vq=5~50mV，依所選的電路結構而定。靜態(tài)電流Iq為流過(guò)輸出器件的電流，其中不包括驅動(dòng)級穩定電流。

?為了改善交越失真，記住以下條件結論是很重要的：

a、 靜態(tài)電流本身無(wú)關(guān)緊要，而VQ卻是至關(guān)重要的參量；

b、 一個(gè)能使VQ嚴格保持正確的熱補償方案，只需要知道驅動(dòng)管和輸出管的結溫。令人遺憾的是，這些結溫實(shí)際上是不能準確測得的，但至少我們可以知道目標是什么。

5.關(guān)斷失真

關(guān)斷失真取決于幾個(gè)可變因素，尤其是輸出器件的速度特性和輸出拓撲。關(guān)鍵的因素是輸出級能否使輸出其間b、e結反向偏置，致使載流子吸出速度最大，以便使輸出器件迅速截止。前述圖1-8（b）射隨器輸出級電路是唯一能使輸出b、e結反向偏置的普通電路。

第二個(gè)影響因素就是驅動(dòng)級發(fā)射極或集電極的電阻值，該電阻愈小，可除去已存儲電荷的速度就越快，應用這些準則可明顯減小高頻失真。

此外，圖1-8(b)所示的射隨器輸出電路的共用驅動(dòng)級電阻Rd上并聯(lián)一個(gè)加速電容后，可以減小高頻時(shí)的THD失真。比如，在40Hz時(shí)，可使THD減小1半，這說(shuō)明輸出器件截止要"純凈"得多。當然在300Hz~8KHz范圍內也是會(huì )有同樣的好處。對于雙結型晶體管構成的輸出級而言，最佳輸出級的選擇如下：

（1） 第二種射極跟隨器式輸出級

這種輸出級在對付截止失真方面是最好的，但靜態(tài)電流穩定性可能有問(wèn)題。

（2） 互補反饋對管式輸出級

這種輸出級具有良好的靜態(tài)電流穩定性和很小的大信號非線(xiàn)性，但最大的特點(diǎn)是如果不另加高壓電源，就不可能通過(guò)輸出基極反偏置來(lái)時(shí)間快速截止。

（3） 巴克森徳爾準互補式輸出

這種輸出級在現行方面與射極跟隨器輸出級差不多，但具有節約輸出器件成本的優(yōu)點(diǎn)。然而其靜態(tài)電流穩定性卻不如互補反饋對管式輸出級。

輸出級的選擇

放大器的電源

這里簡(jiǎn)單的舉幾例常用電源。

圖1-13是用與集成運放的電源實(shí)例，該電路可輸出約0.3A的電流，是一個(gè)性能很好的并聯(lián)穩壓電源，各晶體三極管要加足夠大的散熱器。

?圖1-13 采用TL431的穩壓電源并聯(lián)穩壓電源的原理是由限流電路提供一比負載電流更大的電流，其一部分供給負載，多余的全部由調整管對地"短路"泄放掉，一保持輸出電壓的恒定。而串聯(lián)電源電路則是負載需要多少電流，電壓調整管則"放過(guò)"多少電流，一保持輸出電壓恒定。并聯(lián)型穩壓電路與串聯(lián)型穩壓電路的區別只在于電壓調整管于電源的連接方式。它們同樣是起著(zhù)穩壓作用，但電源內阻的區別帶來(lái)音質(zhì)的區別。兩種電路在相同的輸入電壓、相同的負載時(shí)，串聯(lián)型穩壓電路的內阻比并聯(lián)型的要大的多。比如，負載Rf所需電壓U1=30V，電流If=50Ma，穩壓電路輸入電壓U0=40V，那么在相同條件下，并聯(lián)型穩壓電路的內阻只是串聯(lián)型的33%。而電源內阻低則意味著(zhù)電源有交稿的能量傳輸速率，使負載所需需瞬間大電流得到及時(shí)供給，使放大器接下來(lái)度于力度得到相當的改善和提高。并聯(lián)型穩壓電路有功耗大的特點(diǎn)，不過(guò)這對于所需電流叫囂的前級是不成問(wèn)題的，即使對于電流較大的后級，為了改善音質(zhì)也往往采用此種穩壓電路。

場(chǎng)效應管是電壓驅動(dòng)類(lèi)型的器件，有許多優(yōu)良的特性，例如負溫度系數、抗二次擊穿頻率特性好、低噪聲等。用于電源調整管可取得極好的性能，尤其用與高壓電源，不必再去尋找高Β的高反壓雙結晶體三極管了。

圖1-14示出了一再改進(jìn)的使用電路，恒流電路采用耐壓較高的低噪聲三極管。

?相關(guān)參考電路：

a、采用場(chǎng)效應管的穩壓電源

b、采用TL431的穩壓電源

文章來(lái)源：百度文庫