推挽電路在放大電路中經常會用到，它適用于低電壓大電流的場合，廣泛應用于功放電路和開關電源中。

　　什么是推挽電路？

　　推挽電路（push-pull）就是兩不同極性晶體管連接的輸出電路。推挽電路采用兩個參數相同的功率BJT管或MOSFET管，以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周的波形放大任務，電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小效率高。推挽輸出既可以向負載灌電流，也可以從負載抽取電流。如果輸出級的有兩個三極管，始終處于一個導通、一個截止的狀態，也就是兩個三級管推挽相連，這樣的電路結構稱為推拉式電路或圖騰柱（Totem-pole）輸出電路。

　　推挽電路的作用

在一般推挽電路中，比如輸出級，電路的工作是，把輸入信號放大。而完成電路工作，但一般推挽電路用同級性元件（晶體管或電子管）為了實現輸出級元件輪流導通，必須激勵大小相等，相位相反的兩個信號，即所謂的倒相問題，完成倒相可用電路，可用電感原件（變壓器）但這無不增加了電路的復雜性，可靠性。互補電路可克服用單極性原件出現的上述問題。電路工作時雙極性原件輪流導通，亦可省去倒相或簡化電路，這樣電路的穩定性可相應提高。比如當輸入信號為正時，雙極性中的NPN管導通PNP由于極性自動截止，當電路輸入信號為負時，PNP管導通NPN管截止。不管信號如何變化都能自動完成導通于截止而完成電路工作。

　　推挽電路的優缺點

　　優點是：結構簡單，開關變壓器磁芯利用率高，推挽電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小。

　　缺點是：變壓器帶有中心抽頭，而且開關管的承受電壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率開關管關斷的瞬間，漏源極會產生較大的電壓尖峰，另外輸入電流的紋波較大，因而輸入濾波器的體積較大。

　　推挽電路工作原理

　　在講推挽電路工作原理之前，首先介紹功放的一些基本知識。從能量控制的觀點看，功放電路和電壓放大電路沒有本質區別，但后者的要求是使負載得到不失真的電壓信號，而前者的要求是獲得一定的不失真的輸出功率。在放大電路中，輸入信號在整個周期內都有電流流過，稱為甲類放大;如果只有大半個周期有電流流過，稱為甲乙類放大;如果只有半個周期電流流過，稱為乙類放大。

　

　　如果輸出級的有兩個三極管，始終處于一個導通、一個截止的狀態，也就是兩個三級管推挽相連，這樣的電路結構稱為推拉式電路或圖騰柱（Totem-pole）輸出電路。

　　當輸出低電平時，也就是下級負載門輸入低電平時，輸出端的電流將是下級門灌入T4；當輸出高電平時，也就是下級負載門輸入高電平時，輸出端的電流將是下級門從本級電源經 T3、D1 拉出。這樣一來，輸出高低電平時，T3 一路和 T4 一路將交替工作，從而減低了功耗，提高了每個管的承受能力。又由于不論走哪一路，管子導通電阻都很小，使 RC 常數很小，轉變速度很快。因此，推拉式輸出級既提高電路的負載能力，又提高開關速度。　推挽結構一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制，總是在一個三極管導通的時候另一個截止。要實現線與需要用 OC（open collector）門電路。

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　　四類互補推挽式功率放大電路分析

　　甲類工作狀態晶體管存在問題 → 乙類工作狀態晶體管管耗小效率高（但存在非線性，即交越失真） → 甲乙類工作狀態晶體管（但存在功率管匹配異型困難） → 準互補對稱放大電路（OCL） → 單電源互補功率放大電路（OTL） → 變壓器耦合功率放大電路

　　1、互補對稱式乙類功率放大電路

　　1.結構

　　圖9.1（a）所示電路采用兩個NPN和PNP管各一只，且特性對稱，組成互補對稱式射極輸出器。簡稱OCL電路，意為無輸出耦合電容。

　　

　　2.工作原理

　　靜態時： u i =0 → I C2 = I C2 =0 （乙類工作狀態） → u o =0 。

　　動態時： u i 》0 → VT2導通，VT3截止 → i o = i C2 ；

　　u i 《0 → VT3導通，VT2截止 → i o =? i C3 。

　　特點：

　　（1） I BQ 、 I CQ 等于零。

　　（2）兩管均工作半個周期。

　　3.分析計算

　　（1）輸出功率

　　由電路可知，輸出電壓 U o 變化范圍為： 2（ U CC ? U ces ）=2 I CM × R L

　　若忽略管子飽和壓降 U ces ，則：

　　輸出電流最大值 I CM = U CC R L

　　輸出電壓最大值 U CM = U CC

　　輸出最大功率 P OM = I CM 2 × U CM 2 = U CC 2 R L × U CC 2 = U CC 2 2 R L

　　（2）直流電源供給的功率

　　因為兩管各導通半個周期（不考慮失真），每個電源只提供半個周期的電流，且每管電流平均值為

　　I C = 1 2π ∫ 0 π i C2 d（ω?t） = 1 2π ∫ 0 π I CM sin?（ω?t）d（ω?t） = 1 2π U CC R L ［ ?cos?ω??t ］ 0 π = 1 2π U CC R L ×2= 1 π U CC R L

　　所以，總功率為 P V =2 I C U CC = 2 π U CC 2 R L

　　（3）效率

　　η= P OM P V = π 4 =78.5%

　　（4）晶體管耗散功率

　　2 P T = P V ? P OM = 2 π U CC I CM ? 1 2 U CC I CM = 2 U CC U CM π R L ? U CM 2 2 R L

　　將上式對 U CM 求導并令其為零，得：

　　d P T d U CM = 2 U CC π R L ? U CM R L =0

　　即 U CM = 2 π U CC ≈0.64 U CC

　　代入上式，可求得最大管耗

　　2 P T = 2 U CC π R L 2 U CC π ? 1 2 R L （ 2 U CC π ） 2 = 4 π 2 U CC 2 2 R L = 4 π 2 P OM ≈0.4 P OM

　　4.缺點

　　電路存在交越失真。如圖9.1（b）圖所示，是由于三極管的死區電壓所造成，屬非線性失真。

　　2、互補對稱式甲乙類功率放大電路

　　1.甲乙類雙電源互補對稱電路

　　（1）基本工作原理

　　圖9.2（a）所示電路中除增加驅動級VT1管外，還增加了兩只二極管VD1、VD2，目的是建立一定的直流偏置，偏置電壓大于管子死區電壓，以克服交越失真。此時管子工作于甲乙類狀態。

　　靜態：利用VT1基極電流在VD1、VD2的正向壓降給VT1、VT3兩管提供基極偏置電壓，發射結電位分別為VD1、VD2的正向導通壓降，致使兩管處于微弱導通狀態——甲乙類狀態。

　　兩管靜態電流相等，負載上無靜態電流，輸出電壓 U o =0 。

　　動態：當有交流信號輸入時，VD1和VD2的交流電阻很小，可視為短路，從而保證兩管基極輸入信號幅度基本相等。兩管輪流工作， i C2 、 i C3 波形如圖9.2（b）所示，因為負載電流為兩者之差，反相相加后得到的， i o 波形如圖9.2（b）所示，明顯改善了交越失真。

　　

　　（2）分析計算

　　在忽略VT2、VT3管的飽和壓降時，該電路的最大輸出功率和效率與乙類相同。

　　（3）電路存在問題

　　第一：當要求輸出功率較大時，要求推動功率管的基極電流也要很大，而由于功放管的 β 不會很大，所以驅動級VT1要提供大電流難以做到。

　　第二：兩只大功率異型管的的配對比較困難，難以做到特性對稱。

　　2.準互補對稱式功率放大電路

　　為解決上述問題，可以增加復合管VT2、VT4 → 代替VT2；VT3、VT5 → 代替VT3。這樣，既擴大了電流驅動能力，同時也利用同類型的VT4、VT5作為輸出管，較好地實現了特性匹配的目的。如圖9.3所示。

　　

　　3.單電源互補對稱式功率放大電路（OTL）

　　實際電路中，如收音機、擴音機中，常采用單電源供電。單電源供電常采用變壓器耦合，這里省略了變壓器，稱為無輸出變壓器。簡稱OTL電路，如圖9.4所示。

　　（1）基本工作原理

　　靜態：因兩管對稱，VT2、VT3兩管發射極e的電位 U E = 1 2 U CC ，負載無電流。

　　動態： u i 》0 → VT2導通，VT3截止 → 對負載供電，并對 C 充電； u i 《0 → VT3導通，VT2截止 → 電容 C 通過VT3、 R L 放電維持負半周電流（電容 C 相當于電源）。

　　注意：應選擇足夠大的電容C，以維持其上電壓基本不變，保證負載上得到的交流信號正負半周對稱。

　　（2）分析計算

　　同OCL電路分析相同，不同之處只要將式中的 U CC 改為 1 2 U CC 即可，得：

　　P OM = 1 8 U CC 2 R L

　　P V = 1 2π U CC 2 R L

　　η= P OM P V = π 4 =78.5%

　　（3）存在問題

　　在圖9.4 中，當e點電位升高時，b點電位基本不變，VT2管基極電流減小，負載電流減小，使得輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，遠小于 1 2 U CC 。

　　

　　4.自舉電路

　　增加電容 C 3 和電阻 R 3 ，如圖9.5所示，靠電路本身抬高 p 點電位，原理如下： u p = U CC ? I C1 R 3 u e = 1 2 U CC U C3 = u p ? u e }? U C3 = 1 2 U CC ? I C1 R 3

　　若電容 C 3 足夠大，充電后 U C3 基本不變，為一常數。

　　由于 u p = U C3 + u e

　　顯然 u e ↑ → u p ↑

　　即e點電位升高 → p點電位隨之升高 → VT2充分導通 → 保證負載兩端有足夠大的電壓變化量。

　　3、變壓器耦合推挽功率放大電路

　　前述電路，雖各有特色，但在負載RL過大或過小時，對負載管的耐壓或耐流值要求過高，通常的解決辦法就是利用變壓器將實際的負載變換成最佳負載，實現阻抗匹配，電路如圖9.6所示。

　　

　　1.工作原理

　　靜態時： u i =0 → i C1 、 i C2 均為0 → u 0 =0 。

　　動態時： u i 》0 → VT1導通，VT2截止 → i o = i C1 ； VT2導通，VT1截止 → i o = i C2 。

　　通過變壓器Tr2將兩個半周合成為一個完整的正弦波，并通過變比 n ，將 R L 變成 n 2 R L ，以實現阻抗匹配。

　　2.分析計算

　　輸出功率為：

　　P OM = U CC n R L

　　其中 n= N 1 N 2

　　N 1 ——變壓器Tr2原邊繞組匝數的一半

　　N 2 ——Tr2副邊繞組匝數

　　總輸出效率為：

　　η ′ = η Tr η

　　其中 η Tr ——變壓器效率

　　η ——晶體管輸出效率

　　3.優點：可方便實現阻抗匹配，獲得最佳負載。

　　缺點：體積大、效率低、頻率特性差，且不易集成。

　　常用于要求輸出較大功率較大的情況。

　　

　　4、集成功率放大電路簡介

　　圖9.7（a）示電路為國產通用型集成功率放大器5G31，其中主要環節有：

　　（1）前置放大級（輸入級）——VT1 、VT2和電阻 R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 、 R 5 、 R F1 和 R F2 等組成單入、單出的差放電路。

　　（2）中間放大級——由三極管VT3和VT4組成。VT3為VT4的偏置管，對信號進行二次放大。

　　（3）推動級——VT5、VT6、VT7、VT8和 R 7 構成。VT5、VT6、VT7具有溫度補償作用，可穩定輸出級靜態電流，并為輸出級通過適當偏置以消除交越失真。

　　（4）功率放大級——復合管VT9、VT10為NPN管，復合管VT11、VT12和VT13為PNP管，共同構成互補輸出級，為準互補甲乙類功率放大電路。

　　5G31實際應用電路和外部接線如圖9.7（b）所示。

　　

　　推挽電路典型應用電路原理圖

　　推挽電路（一）乙類雙電源互補對稱電路

　　如下圖，兩晶體管分別為NPN管和PNP管，由于它們的特性相近，故稱為互補對稱管。靜態時，兩管的ICQ=0;有輸入信號時，兩管輪流導通，NPN在正半周導通（左圖），PNP在負半周導通（右圖），從而相互補充，使得始終有電流流過負載。既避免了輸出波形的嚴重失真，又提高了電路的效率。由于兩管互補對方的不足，工作性能對稱， 所以這種電路通常稱為互補對稱電路。

　　

　　推挽電路（互補型電路），用兩個參數相同的叁極管或MOSFET，以推挽方式存在于電路中，各負責正負半周的波形放大任務。功放的輸出級有兩個“臂”（兩組放大元件），一個“臂”的電流增加時，另一個“臂”的電流則減小，二者的狀態輪流轉換。對負載而言，好象是一個“臂”在推，一個“臂”在拉，共同完成電流輸出任務。如果輸出級的有兩個叁極管，始終處于一個導通、一個截止的狀態，也就是兩個叁級管推挽相連，這樣的電路結構稱為推拉式電路或圖騰柱（Totem- pole）輸出電路。

　　推挽電路原理圖（二）

　　

　　推挽電路原理圖（三）

　　本電路圖是利用CMOS反相器4049作TDA4700輸出信號的反相級和晶體管T1、T2的驅動級，三個反相器并聯有兩個輸出端分別加到推挽電路的兩個晶體管基極上。如下圖所示。

　　

　　推挽電路原理圖（四）