这一章是模拟电子技术中非常关键的一环，它关注的核心问题不再是微弱信号的精确放大，而是如何高效、不失真地输出足够大的功率来驱动负载（如扬声器、电机、天线等）。
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第六章：功率放大电路 - 核心内容概览
本章概述与学习目标
- 核心任务： 将前级电压放大电路输出的电压信号，转换成能够驱动负载的大电流、大功率信号。
- 关键指标：
- 输出功率: 越大越好。
- 效率: 负载得到的功率与电源提供的功率之比，这是功率放大电路区别于小信号放大电路的最重要指标,直接关系到电路的能耗和散热。
- 非线性失真: 功放管工作在大信号状态，容易进入非线性区,必须将失真控制在允许范围内。
- 安全工作: 功放管承受高电压、大电流，必须保证其工作在安全区内,避免烧毁。
- 学习目标：
- 理解功率放大电路的特殊问题和主要技术指标。
- 掌握几种典型功率放大电路（OCL、OTL、BTL）的组成、工作原理和计算。
- 理解甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的效率差异和交越失真问题。
- 了解集成功率放大器的应用。
功率放大电路的特殊问题
与小信号放大电路相比,功率放大电路有其特殊性：
- 输出功率要大： 要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，即功放管工作在大信号状态。
- 效率要高：
- 定义：$\eta = \frac{P_o}{P_V} \times 100\%$，$P_o$ 为输出信号功率，$P_V$ 为直流电源提供的功率。
- 问题：电源提供的功率 $P_V = P_o + P_T$，$P_T$ 是功放管自身消耗的功率，以热能形式散发，效率越高，意味着 $P_T$ 越小，电路越节能,对散热的要求也越低。
- 非线性失真要小： 功放管工作在接近饱和和截止的区域，其放大倍数不是线性的，必然会产生非线性失真,需要采用负反馈等措施来改善。
- 散热问题： 由于 $P_T$ 的存在，功放管的结温会升高，必须加装散热器（散热片）来保证其工作在安全温度范围内。
- 安全工作区： 功放管不能超过其极限参数，如 $U{(BR)CEO}$、$I{CM}$、$P_{CM}$。
功率放大电路的分类（按工作状态）
这是本章最核心的分类方式，主要根据功放管的导通角（一个信号周期内导通的角度）来划分。
| 类别 | 导通角 | 工作点位置 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 甲类 | 360° | 靠近负载线中点 | 优点： 失真小。 致命缺点： 效率极低（理论最大25%），静态功耗大，几乎不用于功率放大。 |
| 乙类 | 180° | 在截止区边缘 | 优点： 效率高（理论最大78.5%），静态功耗为零。 致命缺点： 存在交越失真。 |
| 甲乙类 | 180° ~ 360° | 略高于截止区 | 优点： 效率较高，有效消除了交越失真。 这是现代功率放大电路最常用的类别。 |
重点解释乙类和甲乙类：
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乙类互补对称电路（OCL电路）：
（图片来源网络，侵删）- 组成： 由一个NPN管和一个PNP管组成，两管特性对称，均接成射极输出器形式，电路采用双电源（+VCC, -VEE）供电。
- 工作原理：
- 正半周：NPN管导通，PNP管截止，电流从 +VCC 经NPN管流向负载 RL。
- 负半周：PNP管导通，NPN管截止，电流从负载 RL 经PNP管流向 -VEE。
- 交越失真： 由于晶体管存在开启电压（硅管约0.7V），当输入信号 |u_i| < 0.7V 时，两个管子都处于截止状态，输出波形在零点附近会出现一个“死区”，产生失真,这就是交越失真。
- 效率计算： 理论最大效率 $\eta_m = \frac{\pi}{4} \approx 78.5\%$。
-
甲乙类互补对称电路：
- 目的： 消除交越失真。
- 方法： 在两个功放管的基极之间加入一个小的偏置电压（或二极管、UBE倍增电路），使两个管子在静态时处于微导通状态（即有一个很小的静态电流 IBQ 和 ICQ）。
- 效果： 这样当输入信号到来时，一个管子可以从微导通状态迅速进入完全导通，另一个管子从微导通状态迅速进入截止，避免了信号在零点附近两个管子同时截止的情况,从而消除了交越失真。
- 效率： 由于存在微小的静态功耗，效率略低于乙类，但仍然很高，通常在60%以上,完全满足应用需求。
典型功率放大电路详解
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OCL (Output Capacitor Less) 电路：
- 全称： 无输出电容功率放大电路。
- 特点：
- 采用双电源供电（+VCC, -VEE）。
- 输出端与负载 RL 直接耦合,中间不需要隔直电容。
- 必须确保静态时输出直流电位为零，否则会烧毁负载（如扬声器）。
- 最大输出功率： $P{om} = \frac{(V{CC} - U_{CES})^2}{2RL}$，$U{CES}$ 是功放管的饱和压降。
-
OTL (Output Transformer Less) 电路：
- 全称： 无输出变压器功率放大电路。
- 特点：
- 采用单电源供电。
- 输出端通过一个大电容 C_L 与负载 RL 耦合。
- 电容 C_L 有两个作用：
- 隔直通交： 隔断输出端的直流成分,保护负载。
- 负电源： 在负半周，C_L 充当电源，为 PNP 管提供工作电压，C_L 的容量必须足够大,使其在充放电过程中电压基本保持不变。
- 最大输出功率： $P{om} = \frac{(\frac{V{CC}}{2} - U_{CES})^2}{2R_L}$。
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BTL (Bridge Tied Load) 电路：
（图片来源网络，侵删）- 全称： 桥接式负载功率放大电路。
- 特点：
- 由两组对称的功放电路组成。
- 负载 RL 直接接在两组电路的输出端之间,无需输出电容和中心抽头电源。
- 可以在较低的电源电压下，获得OCL电路两倍的输出电压摆幅,从而获得4倍的输出功率。
- 工作原理： 一组电路对信号进行同相放大，另一组进行反相放大，两个信号在负载上叠加,使负载上得到完整的信号。
集成功率放大器
- 概念： 将功率放大电路及其保护电路等集成在一块芯片上。
- 优点： 体积小、重量轻、成本低、性能好、调试方便、可靠性高。
- 应用： 音频设备、通信设备、伺服放大器等。
- 学习要点： 不需要了解其内部复杂电路，关键是学会看懂 datasheet（数据手册），并根据手册进行外围电路的正确连接（如电源、滤波、补偿电容等）。
功率管的选择
在设计功放电路时，功放管的选择至关重要,必须满足以下条件：
**集电极最大允许电流 $I
