15-3互補對稱功率放大電路

互補對稱功率放大電路對功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級，去推動負載工作。例如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。功率放大電路的一般問題功率放大電路通常是在大信號狀態(tài)下工作，是以輸出較大功率為目的的放大電路。1）輸出功率盡可能大；2）效率要高；3）非線性要小；4）考慮管子的散熱問題。需要特殊考慮的問題是：大信號工作狀態(tài)

為輸出足夠大的功率，功率放大電路的輸出電壓、電流幅度都比較大，因此，功率放大管的動態(tài)工作范圍很大，功放管中的電壓、電流信號都是大信號狀態(tài)，一般以不超過晶體管的極限參數(shù)為限度。非線性失真問題由于功放管的非線性，功率放大電路又工作在大信號工作狀態(tài)，必然導(dǎo)致工作過程中會產(chǎn)生較大的非線性失真。輸出功率越大，電壓和電流的幅度就越大，信號的非線性失真就越嚴重。因而如何減小非線性失真是功率放大電路的一個重要問題。

提高功率放大電路的效率、降低管耗從能量轉(zhuǎn)換的觀點來看，功率放大電路提供給負載的交流功率是在輸入交流信號的控制下將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量而來的。任何電路都只能將直流電能的一部分轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，其余的部分主要是以熱量的形式損耗在電路內(nèi)部的功放管和電阻上，并且主要是功放管的損耗。對于同樣功率的直流電能，轉(zhuǎn)換成的交流輸出能量越多，功率放大電路的效率就越高。因為功率大，所以效率的問題就變得十分重要，否則，不僅會帶來能源的浪費，還會引起功放管的發(fā)熱而損毀。

功率放大電路的特點1.輸出功率Po盡可能大。2.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。3.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(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率。功率放大電路的類型功率放大電路按其靜態(tài)工作點在負載線上所處位置不同，可分為甲類、甲乙類和乙類等類型。iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ2ICQVCCiCuCEQ3ICQVCC甲類：Q點適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。ic1ic2動態(tài)分析：ui

0V時T1截止，T2導(dǎo)通ui>0V時T1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2只在半個周期內(nèi)工作，稱為互補對稱電路。靜態(tài)分析：ui=0V

T1、T2均不工作

uo=0V乙類雙電源互補對稱功率放大電路電路組成及工作原理

由兩個性能對稱的NPN型和PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。當輸入信號足夠大，輸出達到最大(不失真）則負載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：參數(shù)計算(設(shè)信號為正弦量）1.輸出功率T1,T2工作在射極輸出器狀態(tài)，AV≈1。負載上得到的最大功率為：每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：

tic1電源提供的直流功率PV

：單個電源提供的功率為：

當輸出電壓幅度達到最大，即Vom≈VCC時，則得電源供給的最大功率為：4．效率η2.三極管的管耗PT對一只三極管:當Vom=VCC

時效率最大，η=π/4=78.5％。ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號ui在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。交越失真甲乙類互補對稱功率放大電路乙類放大的的交越失真實際測試波形甲乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱電路存在的問題OCL電路消除交越失真的OCL電路甲乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱電路存在的問題甲乙類雙電源互補對稱電路1.靜態(tài)偏置可克服交越失真2.動態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型理想二極管設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點互補對稱放大電路互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當它通過容量較大的電容與負載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。1.

OTL電路(1)

特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)動態(tài)時設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號。T1導(dǎo)通、T2截止；同時給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當于電源若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負半周

(4)交越失真當輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點稍高于截止點，即工作于甲乙類狀態(tài)。克服交越失真的措施uitOuotOR1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2動態(tài)時，設(shè)ui

加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負半周T1截止，T2基極電位進一步降低，進入良好的截止狀態(tài)。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)。(5)克服交越失真的電路uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時：ui

=0V,iC10，iC20uo=0V。動態(tài)時：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點：

雙電源供電、輸出無電容器。uoOCL原理電路甲乙類單電源互補對稱放大電路—OTL電路(OutputTransformerless

)RLRBV4–VEE+VCCV5V1V2CERERB1RB2+uo

+ui

+++CE電容C的作用：1)充當VCC/2電源2)耦合交流信號當ui

=0時:當ui

>0時：V2導(dǎo)通，C放電，V2的等效電源電壓

0.5VCC。當ui

<

0時：V1導(dǎo)通，C充電，V1的等效電源電壓

+0.5VCC。應(yīng)用OCL電路有關(guān)公式時，要用VCC/2取代VCC。OCL電路和OTL電路的比較OCLOTL電源雙電源單電源信號交、直流交流頻率響應(yīng)好fL

取決于輸出耦合電容C電路結(jié)構(gòu)較簡單較復(fù)雜Pomax二、復(fù)合管互補對稱放大電路1.復(fù)合管(達林頓管)目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對ib1(1+

1)

ib1(1+

1)(1+

2)ib1=(1+

1+

2+

1

2)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+

1)rbe2

2(1+

1)ib1

1ib1ibicie(

1+

2+

1

2)ib1V1V2V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：1)B1為

B，C1或E1接B2

，C2、E2為

C或E；2)

應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；3)

復(fù)合管類型與第一只管子相同。V1V2

練習(xí)：接有瀉放電阻的復(fù)合管：V1V2ICEO1

2ICEO1R瀉放電阻減小V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—

穿透電流泄放電阻準互補對稱電路2.復(fù)合管互補對稱電路舉例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo

+ui

+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1、RE