模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5功率放大電路

2/3/20231:34:41PM第5章功率放大電路

2/3/20231:34:41PM基本要求了解功率放大電路的特殊問(wèn)題——效率和失真的問(wèn)題和解決這類問(wèn)題的方法；掌握乙類功放的工作原理和功率參數(shù)計(jì)算及存在的問(wèn)題以及甲乙類功放電路的構(gòu)成；了解集成功放及其應(yīng)用。2/3/20231:34:41PM主要內(nèi)容5.1功率放大電路的一般性問(wèn)題5.2乙類雙電源互補(bǔ)功率放大電路5.3甲乙類互補(bǔ)功率放大電路5.4集成功放2/3/20231:34:41PM5.1功率放大電路的一般性問(wèn)題

功率放大電路一般在多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，主要作用是在不失真或輕微失真的前提下，盡可能地對(duì)功率進(jìn)行放大，以推動(dòng)負(fù)載如揚(yáng)聲器發(fā)聲、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、繼電器動(dòng)作、指示儀表偏轉(zhuǎn)等。5.1.1對(duì)功率放大電路的基本要求

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的放大電路。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。2/3/20231:34:41PM1.功率放大器與電壓放大器的區(qū)別

電壓放大器要求負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)；功率放大器則要求獲得足夠的不失真的輸出功率。

功率放大電路必須考慮效率問(wèn)題。為了降低靜態(tài)時(shí)的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時(shí)雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問(wèn)題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問(wèn)題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補(bǔ)對(duì)稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問(wèn)題。2/3/20231:34:41PM2.功率放大器的特殊問(wèn)題1）要求輸出功率盡可能大：因此放大器件工作在極限運(yùn)用狀態(tài)。2）要求效率高：需要考慮減小功耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。3）非線性失真要小。減小非線性失真與曾大輸出功率是功率放大器的一對(duì)矛盾。4）解決功放器件的散熱問(wèn)題。2/3/20231:34:41PM3．低頻功率放大器的特點(diǎn)

1)要有盡可能大的輸出功率；

2)效率要高；

3)非線性失真要?。?)考慮放大器件的安全，要加裝散熱和保護(hù)裝；

5)放大器件在大信號(hào)條件下工作，采用圖解法分析。

2/3/20231:34:41PM5.1.2提高功率放大電路效率的主要途徑

為提高效率、降低損耗，應(yīng)從兩方面考慮：一是增加放大電路的動(dòng)態(tài)工作范圍來(lái)增加輸出功率；二是減少電源供給的功率，即在一定時(shí)使靜態(tài)電流減小，也就是將靜態(tài)工作點(diǎn)沿交流負(fù)載線下移?？芍β史糯笃魈岣咻敵龉β实耐緩剑簻p小放大管的集電極損耗！由

2/3/20231:34:41PM1．工作狀態(tài)分類根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同可分以下幾類。(1)甲類放大電路uCEiC0QAiC1ICQωt2=2

02集電極電流波形靜態(tài)工作點(diǎn)位置特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗大b.能量轉(zhuǎn)換效率低c.放大管的導(dǎo)通角θ=π2/3/20231:34:41PM(2)乙類放大電路uCEiC0QAωtiC2π2π2=π03π靜態(tài)工作點(diǎn)位置集電極電流波形特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗b.能量轉(zhuǎn)換效率高c.輸出失真大d.放大管的導(dǎo)通角2θ=π2/3/20231:34:41PM(3)甲乙類放大電路uCEiC0QAiC3π2π03πICQπ<2<2π靜態(tài)工作點(diǎn)位置集電極電流波形特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗較小b.能量轉(zhuǎn)換效率較高c.輸出失真較大d.放大管的導(dǎo)通角π<2θ<2π2/3/20231:34:41PM甲類：三極管(2c=)360°導(dǎo)電甲乙類：三極管(2c=)180°～360°導(dǎo)電乙類：三極管(2c=)180°導(dǎo)電丙類：三極管(2c=)<180°導(dǎo)電2/3/20231:34:41PM5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

5.2.1無(wú)輸出電容的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OCL）

2/3/20231:34:41PM乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路電路特點(diǎn)：(1)晶體管T1、T2特性對(duì)稱；(2)電源對(duì)稱；(3)T1、T2射極輸出。2/3/20231:34:41PM1.工作原理設(shè)ui=Uimsinta.當(dāng)ui=0時(shí)Uo=0T1、T2截止靜態(tài)功耗為零2/3/20231:34:41PMb.ui>0時(shí)T1導(dǎo)通T2截止電流io方向輸入信號(hào)uiuo≈uic.ui<0時(shí)T1截止T2導(dǎo)通電流io方向輸入信號(hào)uiuo≈ui2/3/20231:34:41PM輸出幅值為

T1通T2通Uopp=2(UCC

–

UCES)2/3/20231:34:41PM5.2.2功率參數(shù)分析

1.輸出功率由圖5-2、圖5-3可知，（5-1）當(dāng)輸出且波形不失真時(shí)，其最大值為

（5-2）設(shè)故最大不失真輸出功率為：

(忽略)2/3/20231:34:41PM（5-3）2/3/20231:34:41PM（5-5）（5-4）兩管總損耗

令2/3/20231:34:41PM3.直流電源提供的功率平均集電極電流IC(AV)為兩個(gè)電源供給的總電源功率直流電流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供給負(fù)載，故有（5-6）（5-7）式中

為電源在一個(gè)周期內(nèi)提供的平均電流。2/3/20231:34:41PM4.集電極效率

功率放大電路的效率是輸出功率和電源供給功率之比。(5-8)輸出信號(hào)越大，效率越高，當(dāng)

時(shí)，效率最大。

當(dāng)時(shí)2/3/20231:34:41PM5.功率管的選擇

2/3/20231:34:41PM5.2.3單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OTL）

電容C起負(fù)電源–UCC的作用2/3/20231:34:41PM2/3/20231:34:41PM5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

5.3.1乙類功放的交越失真

a.產(chǎn)生失真的原因晶體管存在死區(qū)電壓b.失真的現(xiàn)象

當(dāng)ui小于晶體管的死區(qū)電壓時(shí)，T1、T2都截止。輸出電流出現(xiàn)一段“死區(qū)”2/3/20231:34:41PM0tiCiBuBE0uit0交越失真在兩個(gè)管子交替工作區(qū)域出現(xiàn)的失真稱為交越失真輸入信號(hào)輸出信號(hào)交越失真的產(chǎn)生2/3/20231:34:41PM4.消除交越失真的常用方法

給功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類工作狀態(tài)。1）甲乙類互補(bǔ)推挽電路a.利用二極管提供偏壓二極管提供偏壓，使T1、T2呈微導(dǎo)通狀態(tài)2/3/20231:34:41PM2）利用擴(kuò)大電路實(shí)現(xiàn)偏置圖中2/3/20231:34:41PM5.3.3單電源甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱（OTL）功率放大電路

圖5-7所示是有推動(dòng)級(jí)的單電源互補(bǔ)對(duì)稱（OTL）功率放大電路。2/3/20231:34:41PM當(dāng)溫度升高時(shí)，的穩(wěn)定過(guò)程如下溫度2/3/20231:34:41PM2/3/20231:34:41PM5.4集成功率放大器及其應(yīng)用

1.