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互補功率放大電路9.1功率放大電路概述例：擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號提取例：溫度控制R1-R3:標準電阻Ua:基準電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUO室溫T

溫度調(diào)節(jié)過程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，不失真地提高信號電壓幅度

保證信號失真在允許范圍，提高輸出功率，以驅(qū)動負載9.1.1功率放大電路的特點一.功率放大電路的特點負載(換能器)

前置放大級

功率放大級信號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：輸出信號電壓大輸出信號電流大放大電路的輸出電阻與負載匹配9.1.1功率放大電路的特點功放電路中電流、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：

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：9.1.1功率放大電路的特點電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率η。負載上得到的交流信號功率直流電源提供功率9.1.1功率放大電路的特點問題討論：射極輸出器輸出電阻低，帶負載能力強，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（Q）設(shè)置較高（靠近負載線中部），信號波形正負半周均不失真。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，因為效率低9.1.1功率放大電路的特點效率低，不適合用作功放這種工作方式叫做甲類放大設(shè)Q點正好在負載線重點，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二、提高效率途徑iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0甲類放大——整個周期內(nèi)均有電流。

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

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

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）動態(tài)②管子消耗功率

(即為△AQD的面積)（2）動態(tài)③電源供給功率

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

(5)效率較低。

(2)信號失真小。(1)整個周期內(nèi)均有iC>0。如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點。

既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器。缺點：但又會引起截止失真。9.1.1功率放大電路的特點9.2互補功率放大電路

互補對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補對稱：電路中采用兩個晶體管，NPN、

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

、T2對稱;C足夠大(1000uF)，UC≈0.5VCC。ui<VCC/2時，T2導(dǎo)通、T1截止；互補優(yōu)點：單電源供電；缺點：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ui-USCT1T2uo+USCRLiL1）由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2）雙電源供電。3）輸出端不加隔直電容（OCL）。ic1ic2動態(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、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，為乙類放大。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

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

,UCE2=-VCC

IC1=IC2=0動態(tài)：（1）交流負載線斜率為-1/RL為分析方便，如圖曲線倒置成Q點重合負載斜率相等且都通過Q點，那么合成的負載線成圖示的一條直線。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：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達式：(4)管耗：兩管管耗最大管耗此時總結(jié)：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLPV歸一化曲線圖/Pomax甲類放大器與乙類放大器的兩點比較：(1)甲類放大器中的電源供給功率PV與信號大小無關(guān)，而乙類放大器的電源供給功率PV隨信號的大小而變：靜態(tài)時，其值為零；信號增大時，其值隨之增大；當Ucem最大亦即Po最大時，電源供給功率PV也達到最大。(2)甲類放大時，靜態(tài)管耗最大。而乙類工作時，靜態(tài)管耗卻為零，當Uom由小增大時，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om=0.64VCC時，PT達到最大。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)通時間等于半個周期存在交越失真

乙類放大的波形特點嚴格說，輸入信號很小時，達不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此正、負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。1.電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

靜態(tài)時:

T1、T2均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些，為“甲乙類放大”。動態(tài)時：設(shè)ui

加正弦信號正半周T2截止，T1導(dǎo)通；負半周T1截止，T2

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

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

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

R1和R2組成電壓并聯(lián)交直流負反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，改善放大器的動態(tài)性能。38.9①輸出功率Po②直流電源供給功率PV當時2.基本的單電源互補對稱電路分析計算

OTL電路也按OCL公式計算，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四、采用復(fù)合管的功率輸出級復(fù)合管的構(gòu)成方式：T1T2ibic方式一：becibic增加復(fù)合管的目的是：擴大電流的驅(qū)動能力。becibic1

2復(fù)合管的管型、電極與第一個管子相同。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管接法很多。不論哪種接法，均有如下特點：復(fù)合管的正確連接習題冊題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,則連接錯誤。

錯誤ecbT1T2ibi