推挽电路工作原理详解（四类互补推挽式功率放大电路分析）

推挽电路工作原理详解（四类互补推挽式功率放大电路分析）推挽电路在放大电路中经常会用到，它适用于低电压大电流的场合，广泛应用于功放电路和开关电源中什么是推挽电路？推挽电路（push-pull）就是两不同极性晶体管连接的输出电路推挽电路采用两个参数相同的功率BJT管或MOSFET管,以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务，电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小效率高推挽输出既可以向负载灌电流，也可以从负载抽取电流如果输出级的有两个三极管，始终处于一个导通、一个截止的状态，也就是两个三级管推挽相连，这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱（Totem-pole）输出电路推挽电路的作用在一般推挽电路中，比如输出级，电路的工作是，把输入信号放大而完成电路工作，但一般推挽电路用同级性元件（晶体管或电子管）为了实现输出级元件轮流导通，必须激励大小相等，相位相反的两个信号，即所谓的倒相问题，完成倒相可用电路，可用电感原件（变压器）但这无不增加了电路的复杂性，可靠性互补电路可克服用单极性原件出现的上述问题电路工作时双极性原件轮流导通，亦可省去倒相或简化电路，这样电路的稳定性可相应提高比如当输入信号为正时，双极性中的NPN管导通PNP由于极性自动截止，当电路输入信号为负时，PNP管导通NPN管截止不管信号如何变化都能自动完成导通于截止而完成电路工作推挽电路的优缺点优点是结构简单，开关变压器磁芯利用率高，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小缺点是变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波圈的体积较大推挽电路工作原理在讲推挽电路工作原理之前，首先介绍功放的一些基本知识从能量控制的观点看，功放电路和电压放大电路没有本质区别，但后者的要求是使负载得到不失真的电压信号，而前者的要求是获得一定的不失真的输出功率在放大电路中，输入信号在整个周期内都有电流流过，称为甲类放大;如果只有大半个推挽电路典型应用电路原理图推挽电路

（一）乙类双电源互补对称电路如下图，两晶体管分别为NPN管和PNP管，由于它们的特性相近，故称为互补对称管静态时，两管的£Q=0；有输入信号时，两管轮流导通，NPN在正半周导通（左图），PNP在负半周导通（右图），从而相互补充，使得始终有电流流过负载既避免了输出波形的严重失真，又提高了电路的效率由于两管互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称电路推挽电路（互补型电路），用两个参数相同的叁极管或MOSFET,以推挽方式存在于电路中，各负责正负半周的波形放大任务功放的输出级有两个“臂”（两组放大元件），一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流则减小，二者的状态轮流转换对负载而言，好象是一个“臂”在推，一个“臂”在拉，共同完成电流输出任务如果输出级的有两个叁极管，始终处于一个导通、一个截止的状态，也就是两个叁级管推挽相连，这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱（Totem-pole）输出电路推挽电路原理图

（二）推挽电路原理图

（三）本电路图是利用CMOS反相器4049作TDA4700输出信号的反相级和晶体管TK T2的驱动级，三个反相器并联有两个输出端分别加到推挽电路的两个晶体管基极上如下图所示推挽电路原理图

（四）周期有电流流过，称为甲乙类放大;如果只有半个周期电流流过，称为乙类放大如果输出级的有两个三极管，始终处于一个导通、一个截止的状态，也就是两个三级管推挽相连，这样的电路结构称为推拉式电路或图腾柱Totem-pole输出电路当输出低电平时，也就是下级负载门输入低电平时，输出端的电流将是下级门灌入T4；当输出高电平时，也就是下级负载门输入高电平时，输出端的电流将是下级门从本级电源经T

3、D1拉出这样一来，输出高低电平时，T3一路和T4一路将交替工作，从而减低了功耗，提高了每个管的承受能力又由于不论走哪一路，管子导通电阻都很小，使RC常数很小，转变速度很快因此，推拉式输出级既提高电路的负载能力，又提高开关速度推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制，总是在一个三极管导通的时候另一个截止要实现线与需要用OC opencollector门电路四类互补推挽式功率放大电路分析甲类工作状态晶体管存在问题一乙类工作状态晶体管管耗小效率高但存在非线性，即交越失真一甲乙类工作状态晶体管但存在功率管匹配异型困难一准互补对称放大电路OCL一单电源互补功率放大电路OTL一变压器耦合功率放大电路、互补对称式乙类功率放大电路11,结构图

9.1a所示电路采用两个NPN和PNP管各一只，且特性对称，组成互补对称式射极输出器简称OCL电路，意为无输出耦合电容

2.工作原理静态时u i=0-I C2=I C2=0（乙类工作状态）一u o=0动态时u i》0-VT2导通，VT3截止一i o二i C2；u i《0-VT3导通，VT2截止一i o二-i C3特点

（1）I BQ、I CQ等于零

（2）两管均工作半个周期

3.分析计算

（1）输出功率由电路可知，输出电压U o变化范围为2（U CC-U ces）=2I CMX RL若忽略管子饱和压降U ces,则输出电流最大值I CM=U CC R L输出电压最大值U CM二U CC输出最大功率P0M=I CM2X UCM2=UCC2RL XUCC2=UCC22R L2直流电源供给的功率因为两管各导通半个周期不考虑失真，每个电源只提供半个周期的电流，且每管电流平均值为I C=12Ji/0Ji i C2d cot=12r/0Ji I CM sin®Gt dot=12n U CC R L[f os©o t]0n=12nUCCR LX2=1n U CCR L所以，总功率为P V=2ICU CC=2n U CC2R L3效率iI=P0MPV=n4=

78.5%4晶体管耗散功率2PT=PV-P0M=2Ji U CC I CM-12U CCICM=2U CCU CMn RL-UCM22RL将上式对U CM求导并令其为零，得d PT dU CM=2U CCJi R L-U CMR L=0BP U CM=2Ji U CC^

0.64U CC代入上式，可求得最大管耗2PT=2UCC n RL2UCC n-12RL2U CCn2=4n2UCC22RL=4Ji2P OM^

0.4P0M

4.缺点电路存在交越失真如图

9.1b图所示，是由于三极管的死区电压所造成，属非线性失真、互补对称式甲乙类功率放大电路

21.甲乙类双电源互补对称电路1基本工作原理图

9.2a所示电路中除增加驱动级VT1管外，还增加了两只二极管VDK VD2,目的是建立一定的直流偏置，偏置电压大于管子死区电压，以克服交越失真此时管子工作于甲乙类状态静态利用VT1基极电流在VD

1、VD2的正向压降给VT

1、VT3两管提供基极偏置电压，发射结电位分别为VD

1、VD2的正向导通压降，致使两管处于微弱导通状态一一甲乙类状态两管静态电流相等，负载上无静态电流，输出电压U o=0o动态当有交流信号输入时，VD1和VD2的交流电阻很小,可视为短路，从而保证两管基极输入信号幅度基本相等两管轮流工作，i C

2、i C3波形如图

9.2b所示，因为负载电流为两者之差，反相相加后得到的，i波形如图

9.2b所示，明显改善了交越失真2分析计算在忽略VT

2、VT3管的饱和压降时，该电路的最大输出功率和效率与乙类相同3电路存在问题第一当要求输出功率较大时，要求推动功率管的基极电流也要很大，而由于功放管的B不会很大，所以驱动级VT1要提供大电流难以做到第二两只大功率异型管的的配对比较困难，难以做到特性对称

2.准互补对称式功率放大电路为解决上述问题，可以增加复合管VT

2、VT4一代替VT2；VT

3、VT5一代替VT3这样，既扩大了电流驱动能力，同时也利用同类型的VT

4、VT5作为输出管，较好地实现了特性匹配的目的如图

9.3所示

3.单电源互补对称式功率放大电路（OTL）实际电路中，如收音机、扩音机中，常采用单电源供电单电源供电常采用变压逑耦合，这里省略了变压器，称为无输出变压器简称OTL电路，如图

9.4所不

（1）基本工作原理静态因两管对称，VT

2、VT3两管发射极e的电位U E=12U CC,负载无电流动态u i》0—VT2导通，VT3截止一对负载供电，并对C充电；u i《0-VT3导通，VT2截止一电容C通过VT

3、RL放电维持负半周电流（电容C相当于电源）注意应选择足够大的电容C,以维持其上电压基本不变，保证负载上得到的交流信号正负半周对称

（2）分析计算同0CL电路分析相同，不同之处只要将式中的U CC改为12UCC即可,得P0M=18UCC2RLP V=12n UCC2R Ln二POMPV=兀4=

78.5%3存在问题在图

9.4中，当e点电位升高时，b点电位基本不变，VT2管基极电流减小，负载电流减小，使得输出电压正方向变化的幅度受到限制，远小于12UCCo

4.自举电路增加电容C3和电阻R3,如图

9.5所示，靠电路本身抬高p点电位,原理如下up=UCC-IClR3ue=12UCCUC3=up—ue}=UC3=12UCC-I ClR3若电容C3足够大，充电后UC3基本不变，为一常数由于up=UC3+ue显然u et fu pT即e点电位升高一P点电位随之升高一VT2充分导通一保证负载两端有足够大的电压变化量、变压器耦合推挽功率放大电路3前述电路，虽各有特色，但在负载RL过大或过小时，对负载管的耐压或耐流值要求过高，通常的解决办法就是利用变压器将实际的负载变换成最佳负载，实现阻抗匹配，电路如图

9.6所示

1.工作原理静态时u i=0-i Cl、i C2均为0-u0=0动态时u i》0-VT1导通，VT2截止一i o二i Cl；VT2导通，VT1截止一i o二iC2通过变压器Tr2将两个半周合成为一个完整的正弦波，并通过变比n,将RL变成n2RL,以实现阻抗匹配

5.分析计算输出功率为P0M=UCCnRL其中n=N1N2N1——变压器Tr2原边绕组匝数的一半N2——Tr2副边绕组匝数总输出效率为n二n Trn其中n Tr——变压器效率晶体管输出效率

6.优点可方便实现阻抗匹配，获得最佳负载缺点体积大、效率低、频率特性差，且不易集成常用于要求输出较大功率较大的情况、集成功率放大电路简介4图

9.7a示电路为国产通用型集成功率放大器5G31,其中主要环节有:1前置放大级输入级——VT

1、VT2和电阻R

1、R

2、R

3、R

4、R

5、R F1和R F2等组成单入、单出的差放电路2中间放大级——由三极管VT3和VT4组成VT3为VT4的偏置管，对信号进行二次放大3推动级——VT

5、VT

6、VT

7、VT8和R7构成VT

5、VT

6、VT7具有温度补偿作用，可稳定输出级静态电流，并为输出级通过适当偏置以消除交越失真4功率放大级——复合管VT

9、VT10为NPN管，复合管VTH、VT12和VT13为PNP管，共同构成互补输出级，为准互补甲乙类功率放大电路5G31实际应用电路和外部接线如图

9.7b所示。