第9章功率放大電路

1、第9章功率放大電路例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)實際負載實際負載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器較大功率的放大器稱為功率放大器9.1 9.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取一一. 功放電路的主要技術指標功放電路的主要技術指標1.最大輸出功率最大輸出功率om

2、P功率放大電路提供給負載的信號功率稱為功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。輸出功率。OOOUIP 最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的最大最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的最大交流功率。交流功率。2.轉換效率轉換效率功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉換功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉換效率。效率。VomPP二二. 功放電路的特點功放電路的特點（2） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、UC

3、EM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大Icuce(3) 電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4) 電源提供的能量應盡可能多地轉換給負載，盡量電源提供的能量應盡可能多地轉換給負載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（效率（ ）。）。Po: 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號功率。PV ：電源提供的直流功率。：電源提供的直流功率。%100VomPP（5）功放管散熱和保護問題）功放管散熱和保護問題三三. 功放電路的分析方法功放電路的

4、分析方法 因為功率放大電路的輸出電壓和輸出電流因為功率放大電路的輸出電壓和輸出電流幅值均很大，功放管特性的非線性不可忽略，幅值均很大，功放管特性的非線性不可忽略，所以在分析功率放大電路時，不能采用僅適用所以在分析功率放大電路時，不能采用僅適用于小信號的交流等效電路法，而應采用圖解法。于小信號的交流等效電路法，而應采用圖解法。四四. 雙極型晶體管的幾種工作狀態(tài)雙極型晶體管的幾種工作狀態(tài)甲類：甲類：Q點適中，在正弦信號的點適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：甲乙類：介于甲類和乙介于甲類和乙類之間，導通角大于類之間，導通角大于180小于小于 360。iCuC

5、EQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0，BJT只在只在正弦信號的半個周期內(nèi)導通。正弦信號的半個周期內(nèi)導通。iCuCEQ2ICQVCC五五. 甲類功率放大電路分析甲類功率放大電路分析1.三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：若若CCCEQVU21的靜態(tài)功耗相等的靜態(tài)功耗相等三極管和負載電阻三極管和負載電阻LRCQCEQTIUP CQCCVIVP電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21則則+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.動態(tài)功耗動態(tài)功耗（當輸入信號（當輸入信號Ui時）時）輸出功率輸出功率:ooIUP o 要

6、想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面積使功率三角形的面積大，即必須使大，即必須使Uom 和和Iom 都要大。都要大。最大輸出功率最大輸出功率:CQCComIVP )21(21MNUomIom功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCComom21IU22omomIU電源提供的功率電源提供的功率20)(21tdiVPCCCV此電路的最高效率：此電路的最高效率：VomPP甲類功率放大器存在的缺點：甲類功率放大器存在的缺點： 輸出功率小輸出功率小25. 0)21(21CQCCCQCCIVIVtdtIIVcmCQCC)sin(2120CQCCIV 靜態(tài)功耗大，效率低靜態(tài)功耗大，效率低一一

7、. 結構結構互補對稱：互補對稱： 電路中采用兩個晶電路中采用兩個晶體管：體管：NPN、PNP各各一支；一支； 兩管特性一致。組兩管特性一致。組成互補對稱式射極輸成互補對稱式射極輸出器。出器。9.2 乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱功率放大電路 uuVCCVCCoiLR二、工作原理（設二、工作原理（設ui為正弦波）為正弦波）ic1ic2 靜態(tài)時：靜態(tài)時：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙類工作狀態(tài)）類工作狀態(tài)） uo = 0V動態(tài)時：動態(tài)時：ui 0VT1截止，截止，T2導通導通ui 0VT1導通，導通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負載

8、上得到完整的正弦波。兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR組合特性分析組合特性分析圖解法圖解法負載上的最大不失真電壓為負載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax21)(21RVRUVP1.輸出功率輸出功率Poooo=IUP三、分析計算三、分析計算uuVCCVCCoiLRL2om21RULRUUoo=LoRU2=

9、2)2(1=omLURCESCCom=UVU一個管子的管耗一個管子的管耗)(d 21=0cecT1tuiP 2.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVRuuVCCVCCoiLRL2omomCCL212RUUVR)(d )(21=0LooCCtRuuV3.電源供給的功率電源供給的功率PEToV=PPPLomCC2RUV當當時， CComVU 2L2CCVmRVP4.效率效率 CComVo4=VUPP時，時， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max四

10、三極管的最大管耗四三極管的最大管耗 )4(12omomCCLT1UUVRPomL2CC2 . 022 . 0PRV問：問：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？omdUdPT10CCom2VUCC64. 0V)2(41212CCCCCCLT1maxVVVRP2CC2L1VRLCC2222RV)2(1omCCLUVR選功率管的原則：選功率管的原則：1. PCM PT1max oM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLRLCCCMRVI3.晶體管的最大集電極電流晶體管的最大集電極電流 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙類互補對稱功放的

11、缺點乙類互補對稱功放的缺點uuVCCoiLRVCCuu-oLRi2RD12R1VCCDVCC 靜態(tài)時靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結電壓分兩管發(fā)射結電壓分別為二極管別為二極管D1、 D2的正向導通的正向導通壓降，致使兩管均處于微弱導壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設動態(tài)時：設 ui 加入正弦信號。正半加入正弦信號。正半周周 T2 截止，截止，T1 基極電位進一步基極電位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)；負提高，進入良好的導通狀態(tài)；負半周半周T1截止，截止，T2 基極電位進一步基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。降低，進入良好的導通狀態(tài)。電路中增加電路中

12、增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 4.3 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCC2.2.帶前置放大級的功率放大器帶前置放大級的功率放大器 （甲乙類互補對稱（甲乙類互補對稱電路的計算同乙類）電路的計算同乙類）-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT33. 帶復合管的帶復合管的OCL互補輸出功放電路：互補輸出功放電路： T1：電壓推動級（前置級）：電壓推動級（前置級） T2、R1、R2：UBE擴大電路擴大電路 T3、T4、T5、T6：復合

13、管構成互補對稱功放復合管構成互補對稱功放 輸出級中的輸出級中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對稱。兩者特性容易對稱。 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R例解：L2CESCCom)(21RUVP（1）W184)315(212CComEo4=VUPPCCCC4VUVCES%8 .62%5 .7812312（2）L2omRUPOW16482例解： （1）L2CESCCom)(21RUVPWV168)2(212CCVVCC18（2）VUVU

14、CESCCOM18220ARUILOMC25. 2818maxVUVUCESCCCE3822022maxL2CCT1max22 . 0RVPW58201 . 02圖9.1.3 變壓器耦合乙類推挽功率放大電路圖9.1.4 OTL電路OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLessuuVCCVCCoiLR1、基本原理、基本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置二二. 甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路 調整調整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使CCP21VU 此時電容上電壓

15、此時電容上電壓CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）動態(tài)分析）動態(tài)分析（電容起到了負電（電容起到了負電源的作用）源的作用）Ui負半周時，負半周時，T1導通、導通、T2截止；截止；Ui正半周時，正半周時，T1截止、截止、T2導通。導通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax %5 .78max 2maxCCoVU 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO2.帶運放前置放大級的功率放大電路帶運放前置放大級的功率放大電路運放運放A接成同相輸入方式作前置放大級。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級。引入了電壓串聯(lián)負反饋。整個電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)負反饋。整個電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R圖9.3.3