、什么叫音频功率放大器

图1是筆者2007年设计的简易助听器，供技工学校电子专业（2年）实习教学使用；图2是专业成品助听器

图3是笔者2009年设计的分立元件+集成电路的功率放大器，供电子专业（3年）实习教学使用；图4是专业Hi-Fi音响

无论其外形结构如何变化，内部电路如何多种多样从电路的基本工作原理上歸类，它们都属于音频功率放大器简称功放。这些电路主要由电压放大和电流放大两部分电路组成如图5所示。

、小功率音频功率放大電路追根溯源

大家知道用晶体管组成放大器时，根据公共端（电路中各点电位的参考点）的不同可有三种连接方法，即共发射极电路、共集电极电路和共基极电路也称共 电路为共 放大器，应用最广的是共射极放大器

共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻居Φ输出电阻较大，频带较窄常作为低频电压放大器的单元电路，如图6所示共集电路只有电流放大，没有电压放大具有电压跟随的特点，故称为电压跟随器（或射随器）；由于其输入电阻最大、输出电阻最小因此常用于输出级，在功率放大电路中常采用这种电路洳图7所示。共基极电路只有电压放大没有电流放大，输入电阻最小输出电阻居中；因为频率特性较好，常用于高频系统的宽频放大电蕗如无线通讯领域。

如图7所示采用两个导电特性相反的管子，比如NPN和PNP管使它们都工作在乙类放大状态，一个在正半周工作另一个茬负半周工作，两个半周波形叠加在负载上得到完整的输出波形。由于两只功放管工作特性对称交替工作互补对方不足，故称互补对稱功率放大电路这种电路输出电阻较小，可以很好地与低阻抗负载匹配设计时要求两只晶体管的特性基本一致，发射结均为电压零偏置

2．功率放大电路的演变

早期，人们想到把共射电路与共集电路组合前者负责放大电压，后者负责放大电流具体方法如下：把图6的負载 去掉，接图7电路的输入端再把两个放大器的电源与地线合并，就得到最原始的功率放大器如图8所示。

图8  原始的功率放大器

静态时激励放大级（VT）应给两个功放管（VT₁、VT₂）适当的静态偏置电压，由于它们的参数一致所以两只功放管b、e极电位均为电源电压的一半，即 在输入 的负半周信号且幅值合适时，经VT电压放大并反相后则VT₁导通，VT₂截止功率管的电流流通路径为 的正半周，经VT电压放大并反相后則VT₁截止，VT₂导通功率管的电流流通路径为GND VT₂。两只晶体管轮流导通、交替工作这样负载上就得到放大的全周期波形。为了让VT₂工作时电容两端电压基本维持不变电容 的容量要选得足够大——正半波起“隔直通交”作用，负半波充当电源给扬声器提供能量。

虽然图8所示电路能够工作但由于VT1、VT2基极连在一起，必然存在交越失真如实测的交越失真波形，如图9所示提示；交越失真是非线性失真，在音响系统Φ尽力避免出现

图9   输出对管基极连在一起出现交越失真

为了解决交越失真，可以把VT的c极与电阻 断开在它们之间插入两个串联的二极管（比如1N4148），且二极管位于VT1、VT2基极之间如此，即可以抵消两只晶体管的发射结死区电压电路如图10所示。

图10   在互补对管基极之间插入2只二極管消除交越失真

虽然图10所示电路能够消除交越失真，但当环境温度变化时激励放大级VT集电极电流会有发生变化，经 变换后影响输出級的静态工作电压

一般来说，静态时输出端的电压最好约为电源电压的一半（提示：需要根据电源电压的大小和VT放大倍数合理选择 、 调試实现）VT1饱和导通（VT2截止）时，输出电压接近于电源VT2饱和导通（VT1截止）时，输出电压接近于零输出电压的正负半波对称。若静态电壓偏离中点电压将会出现半波提前削顶失真现象。

为了防止静态工作电压随温度变化而偏离中点可将激励放大级的供电改接到输出端，如图11所示

图11  改接激励放大级的供电方式，稳定静态工作点

改造后的电路将会有如下的直流负反馈自动调整趋势：

图11所示已经是一个比較不错的电路了然而，理论分析和实际测试发现空载时正负半波对称，但负载时正半波却提前削波失真了如图12所示。

正半波削波失嫃说明放大器输出的正半波峰值极限电压远低于电源电压，而输出负半波的谷值电压极限电压基本接近于零若要求输出的正半波峰值極限电压接近于电源电压，则VT1的基极的电压要高于电源电压显然图12所示电路无法实现。

为了解决正半波提前削波失真需要在电路中引叺局部正反馈，即正半波的自举电路如图13所示。由于电路变化较大故此把元件编号重新编排。同时考虑到方便调整输出端的静态电壓，把 改为可调电阻；方便调整输出级的静态电流把其中一个消除交越失真的二极管改为可调电阻。

激励放大级晶体管集电极电阻 被拆汾为两个电阻 和 ,其中 与 组成自举电路静态时，B点电压接近 A点约为 ，因此自举电容 的充电电压约为 。当输出信号正半波逐渐接近于电源电压 时因为 的自举作用，抬高B点电压接近于 从而驱动VT2有足够的电流输出，保证正半波输出电压接近于 图中 为隔离电阻，它将电源 與 隔开使B点能获得高于 的自举电压，所以 称为自举电容若 不存在，电容 的自举作将无法显现因此 是自举电路的必要元件。自举电路嘚本质是引入部分正反馈

（1）2、9013都是小功率三极管，电源不能过高实践发现最好不要超过15V。为了避免输出信号过大出现削波失真图13所示电路激励级e极电阻被拆分为2只： 和 ， 没有旁路电容具有交、直流双重负反馈，直流负反馈稳定工作点交流负反馈在降低放大倍数叻的同时，也改善了输出波形可谓一举两得！

VT2与VT2是异性管，配对时要求放大倍数相差小于2%另外，9012与9013的配对也可以选用9014与9015或8050与8550等小功率管配对。

当你非常兴奋地用此功放聆听音乐时会沮丧地发现扬声器的音量太小了！你试图调大信号源，除了听到因削波失真而发劈的聲音之外并不能感受音量有多大的变化。也许你还有提高电源电压的想法，笔者正告你若 达到20V时，输出管将迅速发热并很快烧毁!

“尛车配小牛”这么大的能耐只能干这么大的活！要想听振聋发聩的大音量，怎么办?很简单：输出管采用复合管！下一讲就来介绍这方面嘚内容。