功率放大電路

關(guān)于功率放大電路第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三例：擴(kuò)音系統(tǒng)實際負(fù)載什么是功率放大電路？

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(fù)載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負(fù)載需要的功率很大。以輸出較大功率為目的的放大電路稱為功率放大電路9.1概述功率放大電壓放大信號提取第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三

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，必須使輸出信號電壓大；

輸出信號電流大；

放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三一、功放電路的特點和要求1、輸出功率盡可能大

在大功率三極管的輸出特性中，除了與普通三極管一樣分有放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)外，從使用和安全角度還分有

過電流區(qū)過電壓區(qū)過損耗區(qū)它們的位置如圖所示。過電流區(qū)是由最大允許集電極電流確定的，超過此值，β將明顯下降。過電壓區(qū)由c、e間的擊穿電壓U(BR)CEO所決定。過損耗區(qū)由集電極功耗PCM所決定。三極管的極限工作區(qū)

第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三2、非線性失真要小3、效率要高4、功放管散熱和保護(hù)問題不可忽視5、分析方法放大電路輸出給負(fù)載的功率是由直流電源提供的，若效率不高，則能量浪費，管子溫度升高，減短管子的壽命第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、分類第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三甲類功放：在一個信號周期內(nèi)都有電流流過晶體管管子的導(dǎo)通角為360o

靜態(tài)電流大于0，管耗大，效率低乙類功放：管子只有半個周期內(nèi)導(dǎo)通管子的導(dǎo)通角為180o靜態(tài)電流等于0，效率高甲乙類功放：管子的導(dǎo)通時間大于半個周期但是小于一個周期，比半個周期稍多些丙類功放：管子導(dǎo)通時間小于半個周期第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三9.2甲類功率放大器可獲得的最大交流功率為RL選擇很重要，實際RL都偏小要得到合適RL，就需要進(jìn)行阻抗匹配，變壓器可實現(xiàn)。直流電源提供的直流功率集電極電阻RC的功率損耗晶體管集電極耗散功率第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三變壓器耦合功率放大器第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)論：輸入信號越大, 輸出功率越大輸出功率第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三電源提供的功率結(jié)論:有無信號時電源供給的功率都相同，因此輸出功率小時，管耗大。無信號時:有信號時:第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三效率靜態(tài)時管耗最大，即最高效率第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三功放管的選擇三極管的極限工作區(qū)

第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)：1、輸入信號越大，Po,越大。2、Po越小，管耗越大，靜態(tài)管耗最大，等于電源供給功率。3、甲類功放最高效率為50%。4、要管子安全工作的重要參數(shù)是PCM、ICM和U(BR)CEO。5、效率低的主要原因是靜態(tài)損耗大。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三甲類功率放大器存在的缺點：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三9.3乙類功率放大器

一、電路組成+ui_+uo_C1C2RBRLRET+++VccRsus+-bce第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三+uo_EBRBRLRET+Vccui+-bce+-ui+uo_RBRLT+Vccbce第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三+-ui+uo_RBRLT+Vccbce第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)構(gòu)特點:互補對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補對稱式射極輸出器。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR互補推挽電路

無輸出電容乙類互補功率放大電路

（OCL電路）(P168及486)第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時：ui=0Vic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V動態(tài)時：ui

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

;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)輸入信號處于正半周時，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。

當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。于是兩個三極管一個正半周，一個負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個完整的不失真波形。第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三ui+-+VCC-VCCuo三、分析計算(P488)Icm2ic的最大變化范圍為：uCE的最大變化范圍為：第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三1、輸出功率ui+-+VCC-VCCuo第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三2、電源功率PV直流電源提供的功率為半個正弦波的平均功率，信號越大，電流越大，電源功率也越大。即PV∝Uom。當(dāng)Uom趨近VCC時，顯然PV近似與電源電壓的平方成比例。第26頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三乙類互補功放電路的管耗3．三極管的管耗PT

電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然

將PT畫成曲線，如圖所示。第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三一個管子的管耗兩管管耗＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三三極管的最大管耗問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三4、效率最高效率max第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三選功率管的原則：1、每只管子的最大允許管耗必須大于0.2倍的最大輸出功率：2、三極管的極限工作區(qū)

3、即：第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié):1、乙類功放兩管輪流工作2、3、第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三ui+-+VCC-VCCuo當(dāng)IB=0時ui死區(qū)電壓死區(qū)電壓iL=0第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三嚴(yán)格說，輸入信號很小時，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真，這個失真稱為交越失真。第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三乙類互補對稱功放的缺點輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三tuo交越失真uit存在交越失真消除交越失真的OCL電路第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。1.基本原理

9.4甲乙類功率放大器電路一.甲乙類雙電源互補對稱電路電路中增加R1、R2、

D1、D2、R3支路第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三uB1ttiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。iCQuceVCCIBQ第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三利用uBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補對稱電路第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三二、復(fù)合管互補功率放大電路1、復(fù)合管(P123)IBIEIC1IC2IE1=IB2推動管輸出管IC第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三復(fù)合管的特點復(fù)合管的β是兩個管β1、β2的乘積。復(fù)合管的管型取決于推動管。使用復(fù)合管時，要注意的問題是：輸出管的輸入電流應(yīng)與推動管的輸出電流一致。第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三2.帶復(fù)合管的OCL互補輸出功放電路

T1：電壓推動級（前置級）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補對稱功放

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。＋v－vLRＶＣＣT3TT65oＣＣＶT41T2Ti3RR12R第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三9.5甲乙類單電源功率放大器一、單電源OTL互補功率放大電路(P485)它由一對NPN、PNP特性相同的互補三極管組成。這種電路也稱為OTL互補功率放大電路。（1）電路組成第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三（2）工作原理動態(tài)時，當(dāng)輸入信號處于正半周時，T1導(dǎo)通，T2截止，ie1流過負(fù)載，產(chǎn)生uo,同時對電容充電。當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，T1截止，T2導(dǎo)通，電容放電，產(chǎn)生電流ie2通過負(fù)載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。UBUA靜態(tài)時，UB=

UA=VCC/2

，T1、T2截止，即處于乙類工作狀態(tài)，電容兩端的電壓為VCC

/2

于是兩個三極管一個正半周，一個負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個完整的不失真波形。第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三和雙電源供電的乙類功率放大器的計算公式的唯一區(qū)別是電源電壓，只要將原公式中的用取代即可。

第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三例題：在OTL和OCL電路中，VCC均為15V，RL=10Ω,UCES=1V，分別求兩電路最大不失真輸出時的最大輸出功率、電源提供的功率、效率.解：在OTL電路中，最大不失真輸出時最大輸出功率為：電源提供的功率和效率為：第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三在OCL電路中，最大不失真輸出時最大輸出功率為：電源提供的功率和效率為：第48頁，共54頁，2023年，2月20日，星期三1、結(jié)構(gòu)特點.單電源供電；.輸出加有大電容。2、基本原理二、甲乙類單電源互補對稱電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時電容上電壓+uuTT