OCL,OTL,BTL,甲类,乙类,甲乙类各种放大电路的原理详解,优缺点分析,以及应用说明

OCL，OTL，BTL，甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明

清华大学张小斌（教授）

一．OCL电路

OCL（output capacitor less）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路而是最终的。OTL（OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。OTL在后面谈论。之所以说OCL是“最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。

OCL电路的基本形式如下图所示：

它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。正是这个双电源的结构特点让电容下岗了。Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2管发生作用。于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。但是，当信号的电压在-0.6V 到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出的交越失真。面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，

T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。这是个很有逻辑的想法。见下面的电路：

这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源——VCC 形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于两个二极管的压降之和。这样T1和T2管就均处于微导通状态了。这种结构稍显幼稚，我们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是I2远大于Ib），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。

为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构，复合管前面已经由gemfield讨论过了。现在就该讨论OTL的情况了，电路如下图：

很明显的是，和OCL相比，它的特点是输出端多了个电容，而且是单电源供电。图中，T1是一个前置放大级，T2和T3是互补的输出的核心。事实上，在Vi负半周时，T1基极是正半周，电路借着T2导通，将信号输出至负载，注意这个输出还有一个作用就是电容C2充电；而当Vi是正半轴时，T3导通，C2此刻一跃成为一个电源给T3供电，开始了新的交替轮回。

①OCL电路组成

OCL电路称为无输出电容直接耦合的功放电路。如图3－13所示。图中VT1为NPN 型晶体管，VT2为PNP型晶体管，当输入正弦信号ui为正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置，于是VT1管导通，VT2管截止。此时的ic1≈ie1流过负载RL。当输入信号ui为负半周时，VT1管为反向偏置，VT2为正向偏置，VT1管截止，VT2管导通，此时有电流ic2通过负载RL。

由此可见，VT1、、VT2在输入信号的作用下交替导通，使负载上得到随输入信号变化的电流。此外电路连成射极输出器的形式，因而放大器的输入电阻高，而输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题。

②OCL电路分析计算

图3－14表示OCL电路的工作情况。ui正半周时，VT1导通，则在一周期内VT1

导通时间约为半周期，VT2的工作情况和VT1相似，只是ui的负半周导通。为了便于分析，将VT2的输出特性曲线倒置在VT1的输出特性曲线下方，并令二者在Q点，即uCE＝UCC 处重合，形成VT1和VT2的所谓合成曲线。这时负载线通过UCC点形成一条斜线，其斜率为－1／RL。显然，允许的ic的最大变化范围为2Icm，uce的变化范围为2（UCC－

UCES）＝2Ucem＝2IcmRL。如果忽略管子的饱和压降UCES，则Ucem＝IcmRL≈UCC。根据以上分析，不难求出OCL电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。

二．OTL电路

OTL（output transformer less）它是一种没有输出变压器的功率放大电路。过去大功率的功率放大器多采用变压器耦合方式（想着gemfield前文中的变压器耦合），以解决阻抗变换问题，使电路得到最佳负载值。但是，这种电路有体积大、笨重、频率特性不好等缺点，目前已较少使用。OTL电路不再用输出变压器，而采用输出电容与负载连接的互补对称功率放大电路，使电路轻便、适于电路的集成化，只要输出电容的容量足够大，电路的频率特性也能保证，是目前常见的一种功率放大电路。

而OTL的特点是：采用互补对称电路，有输出电容，单电源供电，电路轻便可靠。它是一种没有输出变压器的互补对称功率放大电路，电路轻便并适于电路的集成化。

OTL电路是输出通过电容C与负载RL相耦合的单电源功放电路。图3－17为OTL 电路原理图，其中C为容量较大的输出耦合电容。在无输入信号时，VT1、VT2中只有很小的穿透电流通过，若两管的特性对称，则C上将被充电至电压为UCC/2。

当输入信号ui（设为正弦电压）在正半周时，VT1的发射结为正向偏置，VT2的发射结为反向偏置。VT1导通，VT2截止，UCC通过VT1对电容器C充电，负载电阻RL中的电流方向如图中实线箭头所示。当输入信号ui在负半周时，VT1的发射结为反向偏置，VT2的发射结为正向偏置。VT1截止，VT2导通。这时的电容器C起负电源的作用，通过VT2对负载电阻RL放电，负载中的电流方向如图中虚线箭头所示。这样就在负载中获得了一个随输入信号而变化的电流波形。

图3－18是一例常见的OTL电路。图中R3是晶体管VT1的集电极负载电阻。R4、VD1、VD2用来使三极管VT2、VT3建立一个偏置电压，以减小交越失真。

为了提高OTL电路的输出功率，一般要加前置放大级（即推动级）。前置放大级由Rb1、Rb2、VT1和R3组成。前置放大级的偏置电阻Rb1不接到电源UCC上，而是接到A点。这是为了取得直流电压负反馈，以保证静态时A点电位稳定在UCC／2，而不受温度变化的影响。例如，当环境温度升高时，由于VT1的集电极电流增大，引起R3、R4上的电压降增大，使B点对地电压UB降低。因而A点电位UA＝UB－UBE2－UR5也下降。但由于Rb1接至A点，UA的降低使UB1也降低，这就导致了VT1的基极电流减小，从而牵制了IC1的上升，使UA基本上恢复到原来的数值。

三极管VT2、VT3应为特性一致的互补管。它们和R5、R6组成功率放大电路的输出级。当输入信号为负半周时，B点和C点电位升向，VT2导通，VT3截止，这时电源UCC 通过VT2对C充电，在RL上产生正方向电流。当输入信号为正半周时，B点和C点的电位降低，VT2截止，VT3导通，这时C通过VT3对RL放电，产生反向电流。图中VD1、VD2起温度补偿作用；R5、R6是一个小电阻，若负载短路，它对VT2、VT3有一定的限流保护作用。值得指出的是，OTL电路中每个管子的工作电压不是UCC，而是UCC／2（输出电压最大值只能达到约UCC／2）所以前面导出的计算Po、PT和PU的公式必须加以修正。由此可知，OTL电路的最大输出功率（理想）

三．BTL电路

对于BTL（Balanced Transformer Less平衡时无变压器放大电路）来说，电路的特点是：双电源供电、不需输出电容、频率特性好、可以放大变化缓慢的信号。电路如下图：

BTL功率放大器，其主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL 或OTL电路大几倍的输出功率，其工作原理图如图所示。静态时，电桥平衡，负载RL中无直流电流。动态时，桥臂对管轮流导通。在ui正半周，上正下负，V1、V4导通，V2、V3截止，流过负载RL的电流如图中实线所示；在ui负半周，上负下止，V1、V4截止，V2、V3导通，流过负载RL的电流如图中虚线所示。忽略饱和压降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为UCC的输出信号电压。

平衡式放大器究竟有什么好处呢?它的直接好处是在相同的工作电压下，能够向负载提供2倍的输出电压，转换成输出功率为单路输出的4倍，这是理论上的计算值，实际输出能力受电源系统功率的影响和晶体管热损耗影响，一般能够达到2.5倍左右，并有助于消除偶次谐波失真，一般可以做到失真度小于0.01％。

第二个好处是输出电流能力比推挽电路要强，由于在相同的工作电压下，平衡式放大器的输出功率是普通推挽的2～3倍，这意味在相同的输出功率下，平衡式放大器的工作电压要低一些，换算到晶体管上的电流处理能力要大许多。

本文介绍的OCL、OTL、BTL放大电路因为在驱动扬声器负载方面的应用比较广泛，因而会频繁遇到。

四．甲类，乙类，甲乙类电路

甲类(Class-A)放大器的输出晶体管(或电子管)的工作点在其线性部分中点,不论信号电平如何变化,它从电源取出的电流总是恒定不变,它是低效率的,用作声频放大时由于信号幅度不断变化,其实际效率不可能超过25%,可由单管或推挽工作。甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真,而且谐波分量中主要是偶次谐波,在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好,十分讨人喜欢。但一直因为耗电多,效率低,容易发热和对散热要求高而未能在大功率的放大器中得到广泛应用。由于器件长期工作于大电流高温下,容易引起可靠性和寿命方面的问题,而且整机成本高,所以制造甲类功率放大器出名的厂家,现在已大多停止生产晶体管甲类功率放大器。

乙类(Class-B)放大器的偏置使推挽工作的晶体管(或电子管)在无驱动信号时,处于低电流状态,当加上驱动信号时,一对管子中的一只在半周期内电流上升,而另一只管子则趋向截止,到另一个半周时,情况相反,由于两管轮流工作,必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。乙类放大器的优点是效率较高,理论上可达78%,缺点是失真较大。

甲乙类(Class-AB)放大器在低电平驱动时,放大器为甲类工作,当提高驱动电平时,转为乙类工作。甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率,随

着输出功率的增大,效率也增高,虽然失真比甲类大,然而至今仍是应用最广泛的晶体管功率放大器程式,趋向是越来越多的采用高偏流的甲乙类,以减少低电平信号的失真。

五．TDA2030应用举例

TDA2030是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、谐波失真和交越失真小等特点。并设有短路和过热保护电路等，多用于高级收录机及高传真立体声扩音装置。意大利SGS公司、美国RCA 公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同,可以互换。

电路特点：

[1].外接元件非常少。

[2].输出功率大，Po=18W(RL=4Ω)。

[3].采用超小型封装（TO-220）,可提

高组装密度。

[4].开机冲击极小。

[5].内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保

护电路有：短路、过热、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）、负载泄放电压反冲等。极限参数：如表1所示。

表1 TDA2003极限参数（TA=25 ℃）

封装形式：TDA2030为5脚单列直插式，如上图1所示电气参数：如表2所示

典型应用电路：

各元器件的作用：

注意事项：

TDA2030具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。

热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。

与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。

印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。

装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260℃，12

秒。

虽然TDA2030所需的元件很少，但所选的元件必须是品质有保障的元件。

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OCL，OTL，BTL，甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明 清华大学张小斌（教授） 一．OCL电路 OCL（output capacitor less）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路而是最终的。OTL（OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。OTL在后面谈论。之所以说OCL是“最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。 OCL电路的基本形式如下图所示： 它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。正是这个双电源的结构特点让电容下岗了。Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2管发生作用。于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。但是，当信号的电压在-0.6V 到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出的交越失真。面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，

T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。这是个很有逻辑的想法。见下面的电路： 这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源——VCC 形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于两个二极管的压降之和。这样T1和T2管就均处于微导通状态了。这种结构稍显幼稚，我们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是I2远大于Ib），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。 为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构，复合管前面已经由gemfield讨论过了。现在就该讨论OTL的情况了，电路如下图：

BTL功放电路

BTL电路 OCL和OTL电路负载上获得的最大电压分别是UCC和UCC/2，而它们的电源电压则分别是±UCC和UCC／2。虽然它们的效率都不低，但电源的利用率却不高。其原因是在输入正弦信号的每半个周期中，电路只有一个晶体管和一半的电源在工作，若用两组对称和互补电路组成BTL电路，则输出功率可增大好几倍。BTL电路如图3－17所示。此电路的工作情况如下。 静态时由于四个三极管对称，UA＝UB＝UCC／2，因此uo＝0。当输入正弦信号ui为正半周时，在两路反相输入信号ui、－ui的作用下，VT1和VT4同时导通，RL上获得正半周信号；ui为负半周时，VT2和VT3同时导通，RL上获得负半周信号。理想情况下，设管子的UCES＝0，则uo的峰值为UCC，输出的最大功率为 是OTL电路的4倍。 实现两路输入信号反相可以有多种方案，例如可利用差动放大电路的两个输出端获得，也可以利用单管放大电路从集电极和发射极获得两个极性相反的信号，或者从两个运放的同相和返乡输入端输入信号，或者从一个运放的输出端反馈回来的信号衰减后再输入另一个同相输入端。 BTL电路综合了OTL和OCL接法的优点，汲取了OCL无输出电容的优点，避免了电容对信号频率特性的影响，BTL电路可以使用单电源也可以使用双电源。这些改进的措施使它逐渐成为当代功放电路的主流，并为功率放大电路的集成化创造了条件。 目前常用的功放电路有OCL、OTL和BTL电路，它们是当代功放电路的主流，且为功率放大电路的集成化奠定了基础。 BTL功放实例：

1 (a)两个集成功放5G37组成BTL电路。 (b)Ui倒相电路利用3DG6晶体管的集电极和发射极相位相反来实现的。 (c)该电路输出功率3W。要注意电路的散热条件。 (d)在调节时要使静态时扬声器无直流电流。可通过分别调节R6和R10使两电路输出均为6V。若电路增益不够大可改变反馈电阻R8和R12。 2 这个耳聋助听器由TDA2822双功放集成电路加上少量外围元件组成，它与市场上的普及机相比具有输出功率大、电压范围宽等特点，工作电压为1.8—15V，适合中、轻度耳聋患者使用。

BTL功放电路

BTL功放电路的原理与应用实例 2012年11月3日星期六 集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少、安装调试简单、使用方便的优点；而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多优点，近年来集成功率放大器件发展很快，使用相当广泛。产品有单通道和双通道、单功放、双功放及多功放等器件。集成功放在实际应用中通常接成OCL电路，或OTL电路，接成BTL（Balanced Transformer Less，一说是Bridge Transformerless）电路却很少，而BTL电路的优点是电源利用率比前面两种电路高4倍。本文从BTL电路的结构、原理出发，分析BTL电路输入、输出信号特点，最后介绍如何用集成功率放大器件构成BTL电路。 1.1BTL电路的组成及工作原理 大家知道OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。电路如图1所示。 在输入信号 U i正半周时，V1，V4导通，V2，V3截止，负载电流由V CC经V1，R L，V4流到虚地端。如图1中的实线所示。 在输入信号Ui负半周时，V1，V4载止，V2，V3导通，负载电流由V CC经V2，R L，V3流到虚地端。如图1中虚线所示。可见： （1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大；其输出电压的幅值为：U OM≈V CC 最大输出功率为： （2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在V CC，R L相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；

各类功放说明

BTL功率放大器 亦称桥式推挽电路，功率放大器的输出级与扬声器间采用电桥式的联接方式，主要解决OCL、OTL功放效率虽高，但电源利用率不高的问题。与OCL和OTL 功放相比，在相同的工作电压和相同的负载条件下，BTL是它们输出功率的3至4倍．在单电源的情况下，BTL可以不用输出电容，电源的利用率为一般单端推挽电路的两倍，适用于电源电压低而需要获得较大输出功率的场合 甲类功率放大器 在信号的整个周期都有信号电流流过功率放大晶体管的放大器，其静态工作点较高p静态电流较大，损耗大、效率低，输出功率相对较小，突出的优点是声音信号失真极小，保真度高，声音还原性能好。 功放，即功率放大器的简称。它的基本作用就是用来放大来自前置放大器1V左右的信号，使其产生足够的不失真输出功率，以驱动音箱正常工作。功率放大器一般由输入级、前置推动级、推动级、输出级及负反馈电路、保护电路等六大部分组成。 对于功率放大器的基本要求是：具有足够的输出功率和良好的动态特性，并要求其各种失真尽可能的小，信噪比S/N尽可能的高，并具有平坦的频率响应特性等等。 功率放大器根据其主要电子元器件的不同，可以分为电子管功率放大器和晶体管功率放大器两大类,也就是人们俗称的"胆机"和"石机"。功率放大器电路因偏置情况的不同，又可分为甲类功率放大器、乙类功率放大器、甲乙类功率放大器等几种不同的类型。 1.电子管功放的特点 晶体管功放在当今市场已占有主导地位，但在Hi-Fi高保真放音系统中，电子管功放仍有一席之地。这是因为：电子管功放的信号过载承受能力明显要优于晶体管功放，因而其所需功率储备量要比晶体管功放少一倍以上。与同功率的晶体管功放相比，电子管功放的低频声较柔和，高频声较纤细，而晶体管功放却明显存在着"晶体管声"或"金属声"，即声音有些生硬、毛刺。 此外，电子管功放的负反馈深度不大，故一般不存在瞬态互调失真，而晶体管功放的增益量常常很大，其电声指标是靠加大负反馈深度来达到的，使得晶体管功放容易产生瞬态互调失真。此外，电子管功放的保护电路简单，电子管热稳定性好，一般不易损坏，而大功率晶体管的损坏率相对较高。电子管功放的弱点就是耗电大、防振和防机械冲击性能较差。 2.晶体管功放的特点 对于甲类、乙类、甲乙类三种不同种类的晶体管功放而言，甲类功放具有固定的晶体管偏置，因而在正弦输入信号的整个周期内，都有集电极电流流通，即使在没有输入信号时，依然存在一定数值的集电极静态电流。而乙类功放则将晶体管的固定偏置几乎调到使集电极电流在没有输入信号时刚好处于截止状态，只有在外加输入信号的每个交变周期的正向半周内，才有集电极电流流通。而甲乙类功放则是工作于甲类和乙类放大状态之间，使外加信号在大于半周而小于全周期的这段时间内有集电极电流流通。假如只用一只晶体管来作为功放的输出级，为避免放大后的信号引起失真，唯有把放大器设计成甲类工作状态，大多数电子管功放和一些发烧级晶体管功放，都是如此。而对于乙类和甲乙类功放，为了最终取得不失真输出信号，必须采用由两只晶体管组成的推挽放大电路。 甲类功放的主要优点就是电路简单易行，非线性失真小，适用于小功率的线性音

功率放大器类型

乙类：导通角等于180° 甲乙类：导通角大于180° 丙类：导通角小于180° AA类放大器：AA类放大器的特点是以电压控制放大器和电流驱动功率放大器构成电桥，使电压控制放大器工作在等效于无负载的状态（即输出电流为零），即使接以很重的负载，

数字（d）放大器与传统的模拟功放是两种不同的工作原理，它属于开关型的音频功放，d类使用的是pwm技术，是一种开关频率随着时钟脉冲周期而变化的放大器。在大功率应用场合，数字功放同时具有频率响应宽，大动态范围和良好的瞬态响应。他的优点是失真小、抗干扰能力强、散热器面积小、体积小重量轻、电源功耗小、转换效率高、具有甲乙类的音质。目前主要是成本较贵，虽着现在软硬件技术的发展成本降低，数字功放的应用会越来越多。 S类功率放大器电路图 S类放大器读者可能陌生，但对AA类前置放大器却较为熟悉。S灯放大器由设计师父AUBREYSANDMAN 在英国《EW+WW》上发表，稍后松下的音响子公司TECHNICS对其进行了一些修改，取得了称为AA 类功放电路的日本专利。外壳的绝缘，并且铁条一定不要压在管子的散热片上。如所配音箱阻抗为8欧，变压器功率应大于40W，如为4欧则大于60W。滤波电容不小于4700UF*2.R51、R52、C9、C10、在印制板上不留安装孔位，直接焊在压线柱上效果更好。元器件选择 什么是T类 T类是Tripath生产的具有D类功放效率、同时音质媲美AB类功放的新功放类型（详细工作原理请参考Tripath 官方网站，这边就不作翻译了）。所谓T，就是取Tripath首字母。目前最多被DIYer热捧的有TA2024和TA2022两种型号；在成品机中，Sonic Impact Technologies早在2003年就有T-AMP推出。 美国国家半导体公司（National Semiconductor；NS）的高用电效益D类放大器：LM4670、LM4671， 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。 类型：

低频功率放大电路

124 第6章 低频功率放大电路 在实际的放大电路中，无论是分立元件放大器还是集成放大器，其末级都要求输出较大的功率以便驱动如音响放大器中的扬声器、电视机的显像管和计算机监视器等功率型负载。能够为负载提供足够大功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。 功率放大电路按构成放大电路器件的不同可分为分立元件功率放大电路和集成功率放大电路。由分立元件构成的功率放大电路，电路所用元器件较多，对元器件的精度要求也较高。输出功率可以做得比较高。采用单片的集成功率放大电路，主要优点是电路简单，设计生产比较方便，但是其耐电压和耐电流能力较弱，输出功率偏小。 功率放大电路按放大信号的频率，可分为高频功率放大电路和低频功率放大电路。前者用于放大射频范围（几百千赫兹到几十兆赫兹）的信号，后者用于放大音频范围（几十赫兹到几十千赫兹）的信号。本章主要讨论的是低频功率放大电路。 6.1 功率放大器的一般问题 6.1.1功率放大器的特点及主要指标 从能量控制和转换的角度来看，功率放大电路和一般的放大电路没有本质的区别。但功率放大电路上既有较大的输出电压，同时也有较大的输出电流，其负载阻抗一般相对较小，输出功率要求尽可能大。因此从功率放大电路的组成和分析方法，到电路元器件的选择，都与前几章所讨论的小信号放大电路有很大的区别。低频功率放大器的主要指标有以下几项： 1．提供尽可能高的输出功率P o 功率放大器的主要要求之一就是输出功率要大。为了获得较大的输出功率，要求功率放大管（简称功放管）既要输出足够大的电压，同时也要输出足够大的电流，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。 所谓最大输出功率，是指在输入正弦信号时，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的成积，即： om om om om o o o 2 122I U I U I U P ?=?= = 2．提供尽可能高的功率转换效率 功率放大器实质上是一个能量转换器，它将直流电源提供的功率转换成交流信号的能量提供给负载，但同时还有一部分功率消耗在功率管上并产生热量。 所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源提供的直流总功率的比值，其定义为 V o P P =η（6.1） 式中，P o 为输出信号功率，P V 为直流总功率。显然，η越大越好，但总有0≤η≤1。 设功放管的损耗功率为P VT ，则有 P V =P o +P VT （6.2） 式（6.2）表明，提高效率η可以在保持输出功率P o 不变的情况下降低损耗功率P VT 。 值得注意的是，效率越低，输出功率就越低，相对的消耗在电路内部的损耗功率也就越

功率放大器的基本结构和工作原理

功率放大器的基本结构和工作原理 功率放大器的基本结构和工作原理 功率放大器的基本结构和工作原理 扩音机是一种对声音信号进行放大的电子设备，其基本结构如图5-1所示，常分为前置放大器(简称前级)和功率放大器(简称后级)两大部分。 前置放大器通常由输人选择与均衡放大电路、等响音量控制电路、音调控制电路等组成，而功率放大器常由功率放大电路和扬声器保护电路组成。 扩音机工作时，输人选择电路主要对收音调谐器、录音座、CD唱机和Av辅助输入等信号源的信号进行选择切换控制，得出所需的信号输入，输入后的信号经均衡放大电路进行频率特性的校正和放大，使输入信号的频率特性变得较为平坦，同时使各种信号源输入的信号电平基本趋于一致，避免在转换不同的信号源时，声音响度出现较大的变化，影响使用效果。均衡放大后的信号则由等响音量控制电路控制信号的强弱，从而调节音量的大小。等响控制的目的主要是在音量较小时提升高、低频信号成分，以补偿人耳听觉的不足，在低响度时得到较丰满的声音信号。而音调控制电路则主要是根据个人的喜好调节电路的频率特性，适当提升或衰减声音中的高、低频成分，以满足听音者的需求。经前置放大器放大处理后的信号被送人功率放大器进行功率放大，以推动扬声器重放出声音。扩音机中为了保护扬声器免受电路冲击电流的干扰，或在电路出现故障时烧毁扬声器，常在功率放大器中加入扬声器保护电路。 在高保真的音响设备中，扩音机常有两种组合结构形式，一种是把前置放大器和功率放大器组合在一起，称作合并式扩音机，这种形式把“前置”和“功放”合并在一起，这时由于小信号电压放大的前置级和大信号电流放大的功率放大在电性能上不能互相兼顾，因而不能使扩音机达到最佳的工作状态，特别是前、后级的电源馈电，电源变压器的电磁干扰，印制电路板的走线排列，共用地线的走向等方面

三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法

数字电路即为TTL或C-MOS逻辑电路，而谈到模拟电路，首先就应想到运算放大器。但是，这里讲的运算放大器是怎样一个器件呢? 简而言之，运算放大器是具有两个输入端，一个输出端，以极大的放大率将两输入端之间的电压放大之后，传递到输出端的一种放大器。 如果以电路符号来表示运算放大器，则如右图，可表示为三角形。它的两个输入部分分别叫做非倒相输入(1N＋)和倒相输入(IN－)。它以极大的放大率将倒相输入端与非倒相输人端之间的电压放大，然后从输出端(OUT)输出。 在一个封装之中，放入一个运算放大器电路的称为单(Single)运算放大器，放入两个运算放大器电路称为双(Dual)运算放大器，放入四个运算放大器电路，称为四(Quad)运算放大器。使用四运算放大器的电路，比使用单、双运算放大器组装的电路板，面积可变得更小。在几乎所有的封装中，若为单运算放大器，则使用管壳型封装或8引脚双列式封装；若为双运算放大器，则使用8引脚双列式封装；若为四运算放大器，则使用14引脚双列式封装。并且，在一般情况下，引脚的排列一般是通用的，尽管也有例外，对业余爱好者使用的运算放大器来讲，可能只会使用以上几种封装方式。因此，弄清这种引线的分布方式，将非常方便。 B类OTL功率放大电路原理

图a 半对称互补OTL放大电路图b 全对称互补OTL放大电路

图一输入变压器式功放电路 输入变压器式SEPP电路如图一，利用输入变压器进行相位反转作用。线路简单而中心电压又稳定，如果使用两电源方式，可简单剪掉输出电容器。又，输出短路时，不容易流出大电流，对过载引起的破坏，有很大的防止作用。不过因为输入变压器的影响，不能有较深的负反馈，所以不能获得较低的失真，在高频特性及失真会显著恶化是主要缺点。

完整版OCLOTLBTL甲类乙类甲乙类各种放大电路的原理详解优缺点分析以及应用说明

OCL , OTL , BTL ,甲类，乙类，甲乙类各种放大电路的原理详解，优缺点分析，以及应用说明清华大学张小斌（教授） 一.OCL电路 OCL （output capacitor less）的英文本意是说没有电容的输出级（这样可以使输出在低频时变得平滑），你一定认为这个称谓怪怪的，那是因为OCL不是最早的职业输出级电路 而是最终的。OTL （OCL从它发展而来）电路的标配有上一句所说的奇怪的电容。OTL在 后面谈论。之所以说OCL是最终的”是因为它是最迎合集成电路趋势的（集成电路中最容易制造的类型）。 OCL电路的基本形式如下图所示： 互补输出级的基本电路及其交越失真 它的最重要的特点是双电源，注意电源在集成电路中可不是什么难题。正是这个双电源 的结构特点让电容下岗了。Ui作为输出信号，在正的时候T1管发生作用；在负的时候T2 管发生作用。于是能产生一个连续的输出，信号如右图所示。但是，当信号的电压在-0.6V 到0.6V之间（以硅管为例），T1和T2管的导通就成了问题了，这种状况会造成信号输出

的交越失真。面对这个问题，我们只能设置合适的静态工作点，目的就是，在没有Ui时，

T1和T2就已经微导通了，那么这个时候来一点点Ui就可以自由的让T1或T2导通。这是 个很有逻辑的想法。见下面的电路： 消除交越失真的互补输出级 这个旨在消除交越失真的电路在从正电源+VCC经R1、D1、D2、R2到负电源一一VCC 形成一个直流电流的旅行中，必然使T1和T2的两个基极之间产生电压，电压的大小等于 两个二极管的压降之和。这样T1和T2管就均处于微导通状态了。这种结构稍显幼稚，我 们在实际中喜欢采用（b）中的形式，学名Ube倍增电路（注意要是12远大于lb），意思是说，合理选择R3、R4的阻值，可以使Ub1、b2得到（1+R3/R4）Ube的直流电压。 采用复合管的互补输出级 为了增大T1和T2管的电流放大系数，减小前级的驱动电流，常采用复合管的架构, 复合管前面已经由gemfield讨论过了。现在就该讨论OTL的情况了，电路如下图：

OTLOCLBTL电路及其判断方法

OTLOCLBTL电路及其判断方法 OTL（Output Transformerless）电路、OCL（Output Capacitorless）电路和BTL（Bridge-Tied Load）电路是放大器电路中常见的三种结构。 它们各有优缺点，适用于不同的应用场景。 OTL电路是指输出级无输出变压器的放大器电路。传统的功率放大器 一般都需要使用输出变压器来实现对负载的匹配。而OTL电路通过微妙的 设计和巧妙的电路部分互相补偿，可以实现无需输出变压器的功率放大。OTL电路具有结构简单、频率响应宽、能够大幅度减小负载变化时的声音 失真等优点。它适用于需要高保真度和频率响应的音频放大器，如耳放等。 OCL电路是指输出级无输出电容的放大器电路。输出级一般由晶体管 组成，而晶体管有电容效应，会导致音频放大时频率响应不平坦。因此， 传统的功率放大器一般都会在输出级和负载之间加入输出电容，用来削弱 电容效应。而OCL电路通过巧妙的设计和电路部分互相补偿，可以实现输 出级不需要输出电容的功率放大。OCL电路具有频率响应宽、动态性能好 等优点。它适用于需要高输出功率、频率响应宽、结构简单的功率放大器，如音箱放大器等。 BTL电路是指桥接负载放大器电路，其特点是在输出级两端各连接一 个负载，通过两个输出级的相反极性来驱动负载，以增加输出功率。BTL 电路通过桥接的方式，可以将两个输出级的输出电压叠加，从而使有效输 出电压翻倍。BTL电路具有输出功率大、产生良好的低频输出等优点。它 适用于需要高输出功率的功率放大器，如车载音响等。 对于这三种电路，可以通过以下方法进行判断：

1.输出级结构：OTL电路没有输出变压器，OCL电路没有输出电容，BTL电路有两个输出级。 2.频率响应特性：OTL电路具有宽频率响应特性，OCL电路具有较好的频率响应特性，BTL电路的频率响应特性会受到桥接效应的影响。 3.功率输出：OTL电路适用于需要高保真度和频率响应的低功率放大器；OCL电路适用于需要高功率输出且频率响应要求不高的功率放大器；BTL电路适用于需要高功率输出的功率放大器。 4.适用场景：OTL电路适用于音频放大器、耳放等；OCL电路适用于音箱放大器等；BTL电路适用于车载音响等。 总之，OTL、OCL和BTL电路是三种常见的功率放大器电路结构，它们分别适用于不同的应用场景，具有不同的优缺点。通过对其结构和特性的分析，可以辨别出它们的区别，并选择适合自己需求的电路。

OTL、OCL、BTL电路及其判断方法

OTL(Output Transformer Less)电路，称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路，它是高保真功率放大器的基本电路之一，但输出端的耦合电容对频响也有一定影响。 OTL电路的主要特点有： 1采用单电源供电方式，输出端直流电位为电源电压的一半； 2输出端与负载之间采用大容量电容耦合，扬声器一端接地； 3具有恒压输出特性， 4允许扬声器阻抗在4Ω、8Ω、16Ω之中选择， 5最大输出电压的振幅为电源电压的一半，即1/2 Vcc，额定输出功率约为/(8RL)。 OCL(Output Condensert Less)电路，称为无输出电容功放电路，是在OTL电路的基础上发展起来的。OCL电路的主要特点有： 6采用双电源供电方式，输出端直流电位为零； 7由于没有输出电容，低频特性很好； 8扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路； 9具有恒压输出特性； 10允许选择4Ω、8Ω或16Ω负载； 11最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为/(2RL)。 12需指出，若正负电源值取OTL电路单电源值的一半，则两种电路的额定输出功率都是/(8RL)。 BTL（Balanced Transformer Less）电路，称为平衡桥式功放电路。它由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。 BTL电路的主要特点有： 13可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器 14与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率 15但是，扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。 功率放大器电路形式的判断： 可根据功放对管的输出端与扬声器的接法来判断其电路结构形式。 •OTL功放电路的输出端的直流电位为电源电压的一半，扬声器一端接地，另一端通过大容量耦合电容与功放输出端相接； •OCL功放电路采用双电源供电，使其输出端的直流电位为零，扬声器一端接地，另一端直接与功放输出端相接； •BTL功放电路采用两个功放对，扬声器直接连接在两个功放对的输出端，不需要耦合电容。

放大电路、OTL电路50问

51、交流负反馈放大电路的一般表达式是什么? 答：暂缺 52、放大电路中引入电流串联负反馈后，将对性能产生什么样的影响? 答：对电压增益有削弱作用、提高其增益稳定性、降低失真、提高输入电阻、提高输出电阻等。 53、放大电路中引入电压串联负反馈后，将对性能产生什么样的影响? 答：对电压增益有削弱作用、能提高其增益稳定性、降低失真、降低输入电阻、降低输出电阻等。 54、放大电路中引入电流并联负反馈后，将对性能产生什么样的影响? 答：对电压增益有削弱作用、能提高其增益稳定性、降低失真、降低输入电阻、提高低输出电阻等。 55、放大电路中引入电压并联负反馈后，将对性能产生什么样的影响? 答：对电压增益有削弱作用、能提高其增益稳定性、降低失真、降低输入电阻、降低低输出电阻等。 56、什么是深度负反馈?在深度负反馈条件下，如何估算放大倍数? 答：在反馈放大器中，如中≫1，则，满足这种条件的放大器叫深度负反馈放大器，此时的放大器的闭环增益已经完全由反馈系数决定。 57、负反馈愈深愈好吗?什么是自激振荡?什么样的反馈放大电路容易产生自激振荡?如何消除自激振荡? 答：不是。当负反馈放大电路的闭环增益中＝0，则，说明电路在输入量为0时就有输出，称电路产生了自激振荡。当信号频率进入低频或高频段时，由于附加

相移的产生，负反馈放大电路容易产生自激振荡。要消除自激振荡，就必须破坏产生振荡的条件，改变AF的频率特性，使。 58、放大电路中只能引入负反馈吗?放大电路引入正反馈能改善性能吗? 答：不是。能，如自举电路，在引入负反馈的同时，引入合适的正反馈，以提高输入电阻。 59、电压跟随器是一种什么组态的放大器？它能对输入的电压信号放大吗？答：电压跟随器是一种电压串联放大器。它不能对输入的电压信号放大。60、电压跟随器是属于什么类型的反馈放大器？ 答：电压跟随器是一种电压串联反馈放大器。 61、电压跟随器主要用途在哪里？ 答：电压跟随器主要用途：一般用于多级放大电路的输入级、输出级，也可连接两电路，起缓冲作用。 62、电压跟随器的输入输出特性如何？ 答：电压跟随器的输入输出特性：输入电阻高，输出电阻低。 63、一般说来功率放大器分为几类？ 答：按照晶体管在整个周期导通角的不同，可以分为甲类、乙类、甲乙类、丙类、丁类。按照电路结构不同，可以分为变压器耦合、无输出变压器OTL、无输出电容OCL、桥式推挽功率放大电路BTL。 64、甲、乙类功率放大器各有什么特点？ 答：甲类功率放大器的特点：晶体管在信号的整个周期内均导通，功耗大，失真小；乙类功率放大器的特点：晶体管仅在信号的半个周期内导通，功耗小，失真大。

对比在电工基础课中的重要应用1

功放电路的检修与调整 功放电路主要有甲类、乙类和甲乙类。又可分为OTL、OCL和BTL等。另外还有变压器输出式目前不多见。OTL功放因输出端有电容（有通交流隔直流的作用，并且兼作下面功放管的电源），电容容量较大，因此具有较大的电感效应且低频特性比较差，在早期的电路中有所应用。因其可以用单电源供电，在现在的汽车音响中也有应用。甲类功放效率最低，理想情况下为50%，时集考虑变压器损耗等因素，实际不足35%，但甲类功放确是音响发烧友追求的目标，因其有迷人的音质，信号没有失真，音色温暖耐听。目前最多见的家庭功放要数OCL电路。并且OCL电路的效率也比较高，理想情况下达到78.5%。家庭功放且多为分立元件的。在修理分立元件功放时，功率管损坏的情况比较多见。损坏功率管的主要原因有输出端短路（无保护电路或其失效），电路有低频振荡或高频自激，220V电源陡然升高，话筒反馈啸叫以及操作不当等。在检修实例中发现，同时损坏两个声道的概率很低，一般只损坏一个声道，这样就给经验不是很丰富的修理者提供了一个供参考的电阻或电压值，一般用比较法进行检修。 检修时，在没有把握故障是否完全排除时，切不可贸然换上新的功放管。否则，会有再次损坏的可能。应用万用表在线测量找到损坏一边的功放管，将其拆下。然后，检查功放管发射极电阻、 推动管及推动管发射极电阻是否正 常。用电阻比较法，将推动级及前置 电路故障一一排除，更换为新的元件 （功放管不装）。装好后不要通电，用 电阻挡测量正负电源的对地电阻、输 出端的对地电阻、推动管的两个发射 极中点电阻是否正常。若无异常，先不接负载，通电测量正负电源是否对称，测

中点电压是否为零（允许误差电压±0.2伏内）如不正常，则用电压对比法快速排除故障。正常后，继电器应该在3-10秒内吸合。如不吸合则应检查保护电路。吸合后用万用表交流10伏电压挡接到输出端子，在输入端加入人体感应信号并慢慢增加音量，表针应随音量大小摆动。也可以直接接上音箱和音源（CD机等）试听，判断有无失真（由于无功率管所以输出功率叫啸）。无异常后，将功放管接上，如果是多管并联的先装一对功放管开机试机，用万用表直流电压挡测量功放管两个基极之间应有1.5伏左右的偏置电压。由于电路的类型不同，偏置电压会有所不同，也可以以另一声道对照参考。如果有异常则应调整偏置电阻，调节幅度要小，边调整边测量，直至所需值。最后要清楚是否为本机自激所造成的损坏，由于是使用过的成品机，所以在电路上不需要做很大的改动，接上音箱，听听音箱中是否有嗞嗞声或者噼啪声等不规则的小杂音，如有则是高频自激。则可在信号输入端对地接一只100PF左右的小电 容，然后在主电源滤波电容旁和退耦电容旁 并联一只0.1uF的小电容，这样处理后基本上 可以解决此类故障。再听低音喇叭有无交流 呜呜声，如有则应加大主电源的滤波电容以 及级间的退耦电容的容量后，故障即可排除。 试机30分钟无异常即可认为检修完毕。 另外，在检修功放时，为了避免损坏喇叭，也可以在OCL功放得输出端与喇叭之间串联一只几十uF的电容，可有效的保护喇叭（特别是当功放输出端有直流电压时），同时又对听音无多大的影响。

集成功率放大器

集成功率放大器（宁武.全国大学生电子设计竞赛基本技能指导.电子工业出版社2009.5 p115～118） 常见的功率放大电路的连接形式主要有OCL、OTL、BTL等，其工作方式也有甲类、乙类、甲乙类等。设计和完成功率放大器的方案很多，但是如果有一定的效率要求（50%以上），而且不能出现失真，采用分立元器件构成电路也能实现和完成。但电路相对复杂，不仅需对电路中各个分立元器件的性能参数了如指掌，而且需要由经验较为丰富的人员完成具体的制作与调试，其性能才能达到规定要求，对于初学者来说还是很困难的。另外如果在电子设计竞赛中遇到这样的问题时，比赛的时间要求和对参赛学生的要求都很难满足这样严格的条件。另外如果增加必要的保护电路（如过载、过压、过流等），无疑也会增加了电路设计的复杂程度。 现在有很多公司把已经成熟的功率放大电路集成到一起，做成集成的功率放大芯片，甚至一些功率放大器性能非常好，能够满足很多功率放大设计要求，并且功率可以根据需要选择不同的型号，带宽、非线性失真系数及效率等参数在数据手册上一应俱全。另外，集成的功率放大器具有工作可靠，外围电路简单，保护电路完善，易于制作与调试，性能价格比高等优点，虽然性能上不及顶级的功率放大电路，但是能够满足并超过普通设计中的性能要求。常见集成优质音频功率放大器有：TDA1521、TDA1514A、TDA2030A、LM1875等，厚膜电路的STK4044 XL、STK4191 II等，在表1中列举了一些常用的集成音频功率放大器。 表1 常用集成音频功率放大器参数 TDA1521是具有两个独立通道的双音频功率放大器，单路输出功率为6W，电路易于实现，可以根据典型应用电路设计一个双通道音频功率放大器。还可以利用其内部的两个独立功率放大器连接成BTL，连接成BTL以后在在电源供电电压相同的情况下，能够增大一倍输出功率，设计成为单通道输出的音频功率放大器。无论采用哪一种放大电路，电路连接都非常简单，而且只要电路连接正确，几乎不用调整就能够很好地正常工作，如图1所示。 图1 TDA1521内部原理及外围连接电路