第9章 功率放大電路

第9章功率放大電路

9.1功率放大電路概述9.2互補(bǔ)功率放大電路9.1功率放大電路概述例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取例：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua:基準(zhǔn)電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUO室溫T

溫度調(diào)節(jié)過(guò)程UbUO1uoR1aR2Usc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件9.1功率放大電路概述放大器方框圖如下：

由電壓放大電路組成，不失真地提高信號(hào)電壓幅度

保證信號(hào)失真在允許范圍，提高輸出功率，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)一.功率放大電路的特點(diǎn)負(fù)載(換能器)

前置放大級(jí)

功率放大級(jí)信號(hào)源功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使：輸出信號(hào)電壓大輸出信號(hào)電流大放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)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(guò)晶體管的極限值：

ICM、UCEM、PCM。PCMU（BR）CEOICMBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABII安全區(qū)功放的特點(diǎn)：9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少晶體管及線(xiàn)路上的損失。即注意提高電路的效率η。負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率直流電源提供功率9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)問(wèn)題討論：射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？射極輸出器效率低的原因一般射極輸出器靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線(xiàn)中部），信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真。電路中存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。不可以用作功率放大器，因?yàn)樾实?.1.1功率放大電路的特點(diǎn)效率低，不適合用作功放這種工作方式叫做甲類(lèi)放大設(shè)Q點(diǎn)正好在負(fù)載線(xiàn)重點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有UCEQ=1/2USCICQ=USC/2RL9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)二、提高效率途徑iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0甲類(lèi)放大——整個(gè)周期內(nèi)均有電流。

失真小，η低RB+VCCC1C2RERLuiuo9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)0iC/mAωtiC/mAuCE/VQ0乙類(lèi)放大——半個(gè)周期導(dǎo)通有電流。失真大，η高+VCCRLuiuo9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)甲乙類(lèi)放大——半個(gè)周期以上有電流。iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0既降Q又不失真：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)射極輸出器。9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)由圖可得：乙類(lèi)放大（c），效率最高；甲乙類(lèi)放大（b），效率其次；甲類(lèi)放大（a），效率最低。9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)例：如圖(a)所示的射極跟隨器處于甲類(lèi)工作狀態(tài)，設(shè)VCC=6V，RL=8Ω，三極管的β=40，ICEO、UCES忽略不計(jì)。試求在充分激勵(lì)下，該電路的最大不失真輸出功率和效率。

解：由基本放大器知識(shí)可知，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)Q平分交流負(fù)載線(xiàn)時(shí)，該電路在充分激勵(lì)下有最大的不失真輸出電壓，如圖(b)所示。此時(shí)電路的輸出功率也為最大。9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)（1）靜態(tài)靜態(tài)工作點(diǎn)

UCEQ=VCC/2=6/2=3(V)ICQ=(VCC－UCEQ)/RL=3/8=0.375(A)電源供給功率

PVQ=VCC﹒ICQ=6×0.375=2.25(W)三極管消耗功率

PTQ=UCEQ﹒ICQ=3×0.375=1.125(W)負(fù)載RL上消耗的直流功率

PRQ=ICQ2﹒RL=0.3752×8=1.125(W)PVQ、PTQ、PRQ分別為圖(b)中矩形ABCD、AQED、QBCE的面積。在充分激勵(lì)下，Ucem≈VCC/2，Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL，由此得：交流輸出功率(即為△QED的面積)（2）動(dòng)態(tài)②管子消耗功率

(即為△AQD的面積)（2）動(dòng)態(tài)③電源供給功率

(即為矩形ABCD的面積)④效率（2）動(dòng)態(tài)返回甲類(lèi)功放有以下特點(diǎn)：(3)電源始終不斷地輸送功率：靜態(tài)時(shí)，這些功率全部消耗在管子和電阻上；動(dòng)態(tài)時(shí)，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，信號(hào)愈大，輸送給負(fù)載的功率愈多。(4)輸出功率較小。

(5)效率較低。

(2)信號(hào)失真小。(1)整個(gè)周期內(nèi)均有iC>0。如何解決效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)。

既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)9.2互補(bǔ)功率放大電路

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：電路中采用兩個(gè)晶體管，NPN、

PNP各一個(gè)；兩管特性一致。類(lèi)型：一、乙類(lèi)互補(bǔ)推挽功率放大電路靜態(tài)時(shí)，IBQ≈0,ICQ≈0，不消耗功率。（1）OTL功率放大電路ic1ic2RLuiT1T2+VCCCAuo+-ui>VCC/2時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；0.5VCCuItT1

、T2對(duì)稱(chēng);C足夠大(1000uF)，UC≈0.5VCC。ui<VCC/2時(shí)，T2導(dǎo)通、T1截止；互補(bǔ)優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇姡蝗秉c(diǎn)：輸出加有大電容。uot令uI＝VCC/2（2）OCL功率放大電路1.電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ui-USCT1T2uo+USCRLiL1）由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的射極輸出器對(duì)接而成。2）雙電源供電。3）輸出端不加隔直電容（OCL）。ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，為乙類(lèi)放大。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V2.電路工作原理LiC2-uCE23.分析計(jì)算靜態(tài)Q：UCE1=VCC

,UCE2=-VCC

IC1=IC2=0動(dòng)態(tài)：（1）交流負(fù)載線(xiàn)斜率為-1/RL為分析方便，如圖曲線(xiàn)倒置成Q點(diǎn)重合負(fù)載斜率相等且都通過(guò)Q點(diǎn)，那么合成的負(fù)載線(xiàn)成圖示的一條直線(xiàn)。ui=0-VCCT1T2uo+VCCRLiL

（2）Uom=Ucem=Uim

Iom=Icm=Uom/RL

（3）Uom(max)=Ucem(max)

=VCC

－Uces≈VCC

參數(shù)估算(1)輸出功率PO

：

最大不失真輸出功率為：LiC2-uCE2(2)直流電源供給功率PV:(3)效率

:LiC2-uCE2(4)管耗：總管耗：

LiC2-uCE2三極管的最大管耗

問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：(4)管耗：兩管管耗最大管耗此時(shí)總結(jié)：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLPV歸一化曲線(xiàn)圖/Pomax甲類(lèi)放大器與乙類(lèi)放大器的兩點(diǎn)比較：(1)甲類(lèi)放大器中的電源供給功率PV與信號(hào)大小無(wú)關(guān)，而乙類(lèi)放大器的電源供給功率PV隨信號(hào)的大小而變：靜態(tài)時(shí)，其值為零；信號(hào)增大時(shí)，其值隨之增大；當(dāng)Ucem最大亦即Po最大時(shí)，電源供給功率PV也達(dá)到最大。(2)甲類(lèi)放大時(shí)，靜態(tài)管耗最大。而乙類(lèi)工作時(shí)，靜態(tài)管耗卻為零，當(dāng)Uom由小增大時(shí)，由于PT是Uom的二次函數(shù)，它們之間是非單調(diào)變化關(guān)系。當(dāng)om=0.64VCC時(shí)，PT達(dá)到最大。4.晶體管選擇:ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1UCE2≈0+VCC(1)PCM>0.2Pomax;(3)|U(BR)CEO|>2VCC；(2)ICM>VCC/RL靜態(tài)電流ICQIBQ等于零每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期存在交越失真

乙類(lèi)放大的波形特點(diǎn)嚴(yán)格說(shuō)，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開(kāi)啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此正、負(fù)半周交替過(guò)零處會(huì)出現(xiàn)一些非線(xiàn)性失真，這個(gè)失真稱(chēng)為交越失真。1.電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些，為“甲乙類(lèi)放大”。動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui

加正弦信號(hào)正半周T2截止，T1導(dǎo)通；負(fù)半周T1截止，T2

導(dǎo)通。（二）甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽電路克服交越失真UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2

T1和T2在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)電時(shí)間大于T/2，即有一定的交替時(shí)間，因此它們工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)。

但是，在實(shí)際應(yīng)用中為提高電路效率，在設(shè)置偏壓時(shí)，應(yīng)盡可能接近乙類(lèi)。因此，通常甲乙類(lèi)OCL互補(bǔ)推挽電路的參數(shù)估算可近似按乙類(lèi)處理。三、單電源互補(bǔ)推挽電路(OTL電路）1.基本的單電源互補(bǔ)推挽電路電容C滿(mǎn)足：C>(5~10)/2πfLRL靜態(tài)時(shí)要求K點(diǎn)電位UK=UC=VCC/2,

R1和R2組成電壓并聯(lián)交直流負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，改善放大器的動(dòng)態(tài)性能。38.9①輸出功率Po②直流電源供給功率PV當(dāng)時(shí)2.基本的單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路分析計(jì)算

OTL電路也按OCL公式計(jì)算，但所有的VCC用VCC/2代。③效率和管耗PT總管耗最大管耗此時(shí)四、采用復(fù)合管的功率輸出級(jí)復(fù)合管的構(gòu)成方式：T1T2ibic方式一：becibic增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。becibic1

2復(fù)合管的管型、電極與第一個(gè)管子相同。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管接法很多。不論哪種接法，均有如下特點(diǎn)：復(fù)合管的正確連接習(xí)題冊(cè)題3.10原則：組成復(fù)合管的各三極管的電流流向要一致。若不一致,則連接錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤ecbT1T2ibi