第十章功率放大电路东华大学

1、东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU模拟电子技术基础第第6 6章章 功率放大电路功率放大电路东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU第第6 6章章 功率放大电路功率放大电路1 1、对输出级的要求、对输出级的要求2 2、功率放大电路的一般问题、功率放大电路的一般问题3 3、乙类双电源互补对称功放电路、乙类双电源互补对称功放电路4 4、甲乙类互补对称功放电路、甲乙类互补对称功放电路5 5、OCL功放电路的分析计算功放电路的分析计算6 6、OTL功放电路功放电路7 7、功放晶体管的极限参数、功放晶体管的极限参数8 8、功放电路应用举例、功放电路应用举例东华大学电路电子中心 E

2、.E.CENTER DHU一、对输出级的要求对输出级的要求：对输出级的要求： 带负载能力强；带负载能力强；采用射极输出形式。采用射极输出形式。 直流功耗小；要求静态工作电流小。直流功耗小；要求静态工作电流小。 负载电阻上无直流功耗；保证输入为零时输出为零。负载电阻上无直流功耗；保证输入为零时输出为零。 最大不失真输出电压最大；双电源供电时最大不失真输出电压最大；双电源供电时Uom的峰值接近电的峰值接近电源电压。单电源供电源电压。单电源供电Uom的峰值接近二分之一电源电压。的峰值接近二分之一电源电压。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大电路的一般问题1.1.功率放大电路

3、的主要特点功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。要求同时输出较大的电压和电流。管子工管子工作在接近极限状态。作在接近极限状态。 2.2.要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。3.3.提高效率的途径提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流。降低静态功耗，即减小静态电流。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大电路的一般问题4.4.放大管的

4、三种工作状态放大管的三种工作状态根据三极管正弦信号整个周期内的导通情况，有：根据三极管正弦信号整个周期内的导通情况，有：乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大电路的一般问题5.5.功率放大电路主要技术指标功率放大电路主要技术指标最大输出功率最大输出功率Pom、转换效率、转换效率、三极管的耗散功、三极管的耗散功率率PT和电源提供的功率和电源提供的功率PE6.6.功率放大电路的晶体管选择功率放大电路的晶体管选择极限参数极限参数PCM、 ICM和和U(B

5、R)CEO的计算的计算7.7.功率放大电路的分析方法功率放大电路的分析方法采用大信号图解法分析采用大信号图解法分析东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU1、电路组成电路组成三、乙类双电源互补对称功率放大电路由一对由一对NPN、PNP特性相同的互特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为源供电。这种电路也称为OCL互互补功率放大电路。补功率放大电路。2. 工作原理工作原理两个三极管在信号正、负半周两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使轮流导通，使负载得到一个完负载得到一个完整的波形。整的波形。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER

6、DHU3、交越失真交越失真三、乙类双电源互补对称功率放大电路消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附信号在零附近两只管子近两只管子均截止均截止开启开启电压电压东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU4、消除交越失真的功率放大电路方案消除交越失真的功率放大电路方案三、乙类双电源互补对称功率放大电路 对偏置电路的要求：有合适的对偏置电路的要求：有合适的Q点，且动态电阻尽可点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。能小，即动态信号的损失尽可能小。 如果如果信号为零时信号为零时两只管子处于两只管子处于临界导通临界导通或微导通状态，或微导通

7、状态，那么当那么当有信号输入时有信号输入时两只管子中至少有一只导通，因两只管子中至少有一只导通，因而消除了交越失真。而消除了交越失真。 二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.8V的直流电源，对交流信号的作用可等效为一的直流电源，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。个数值很小的动态电阻。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU四、甲乙类互补对称功率放大电路1、电路组成和工作原理电路组成和工作原理ib2b1D2D1B1B2uuuUUU 动态：动态：静态：静态：T1、T2管，管，D1、D2管的参管的参数相同，静态时

8、数相同，静态时T1、T2两管两管电流相同，流经负载的电流电流相同，流经负载的电流为零。有输入信号时，一管为零。有输入信号时，一管电流增加，另一管电流减小，电流增加，另一管电流减小，在负载上产生输出电流，消在负载上产生输出电流，消除了交越失真。除了交越失真。D1、D2消除消除交越失真交越失真东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU四、甲乙类互补对称功率放大电路2、准互补输出电路组成和准互补输出电路组成和UBE倍增电路倍增电路BE443B1B3B2URRRUII ，则若UBE倍增电路倍增电路采用采用T3、T4复合管组成复合管组成的准互补输出电路的准互补输出电路东华大学电路电子中心 E.E

9、.CENTER DHU五、OCL功放电路的分析计算1、最大不失真输出功率最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax2 2)( )2(=RVRVVRVVP 实际输出功率实际输出功率P Po oL2omLomomooo222=RVRVVIVP 东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU五、OCL功放电路的分析计算2、管耗管耗PT 单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP )d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(

10、12omomCCLVVVR 两管管耗两管管耗 T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR 最大管耗与最大输出功率的关系最大管耗与最大输出功率的关系:omT1m2 . 0PP 选管依据之一选管依据之一东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU五、OCL功放电路的分析计算3、电源供给的功率电源供给的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV当时，时， CComVV 2L2CCVmRVP 4、效率、效率 CComVo4=VVPP 当时，时， CComVV % 78.54 甲乙类互补对称功放电路所有参数计算方法与此相同。甲乙类互补对称功放电路所有参数计算方法与此相同。东华大学电路电子中

11、心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放电路甲乙类单电源互补对称电路（甲乙类单电源互补对称电路（OTL）基本电路基本电路工作原理：工作原理：T3管组成前置放大级管组成前置放大级，T1、T2组成互补对称电路输出级组成互补对称电路输出级，K点静态点位点静态点位VK=VCC/2信号负半周信号负半周T1导通，电流流导通，电流流过负载过负载RL并向并向C充电充电；信号信号正半周正半周T2导通导通C充当充当-VCC通通过负载放电。若时间常数过负载放电。若时间常数RLC足够大，足够大，C代替原来的代替原来的负电源。负电源。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放电路甲乙类单电源

12、互补对称电路（甲乙类单电源互补对称电路（OTL）自举电路自举电路R3C3组成自举电路组成自举电路自举作用：自举作用：静态时，静态时，VK=VCC/2，VD=VCC-IC3R3，电容，电容C3被充电到被充电到VC3=VCC/2-IC3R3。R3C3足够大时足够大时VC3为常数，在为常数，在信号的负半周信号的负半周T1导通，导通，K点电点电位上升，位上升，D点电位自动跟着上点电位自动跟着上升，有足够的基极电流使升，有足够的基极电流使T1导电。导电。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放电路甲乙类单电源互补对称电路（甲乙类单电源互补对称电路（OTL）电路特点电路特点单电源供

13、电，最大不失真输出电压幅度近似等于单电源供电，最大不失真输出电压幅度近似等于VCC/2，输出端输出端必须要有必须要有足够大容量的足够大容量的电容器电容器。参数计算方法参数计算方法乙类双电源互补对称功放导出的计算公式只要稍加修正乙类双电源互补对称功放导出的计算公式只要稍加修正即可使用。即可使用。修正方法：将原来所有公式中的修正方法：将原来所有公式中的VCC用用VCC/2替代。替代。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶体管的极限参数CMLCCmaxCIRVi CEO(BR)CCmaxCE2UVu 在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；在输出功率最大时，因管压降最小

14、，故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。选择晶体三极管的三个极限参数：选择晶体三极管的三个极限参数：CMmaxmaxCP、CEui 什么时候输出功率最大？什么时候输出功率最大？东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶体管的极限参数omom2TmaxL2CComCES2 . 0220PPPRVPU ，则若L22CCTmax RVP 将将UOM代入代入PT的表达式，可得的表达式，可得PT对对UOM求导，并令其为求导，并令其为0 0，可得，可得CCCCOM 6 . 02VVU 管子功耗与输出电压峰值

15、的关系为：管子功耗与输出电压峰值的关系为：ttRUtUVP d sin) sin(21LOM 0 OMCCT )4(12omomCCLVVVR 东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶体管的极限参数因此，设计功放电路选择晶体管时，其极限参数应满足因此，设计功放电路选择晶体管时，其极限参数应满足 L2CCmaxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM22 . 02RVPPVuURViI管子的最大管耗与输出最大功率之间的关系为：管子的最大管耗与输出最大功率之间的关系为：omom2Tmax2 . 02PPP 东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU八、功放电

16、路应用举例1 1、功放电路通常作为多级放大的输出级、功放电路通常作为多级放大的输出级第一级：双端输入单端输出的差放第一级：双端输入单端输出的差放第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第二级：以复合管为放大管的共射放大电路第三级：准互补输出级第三级：准互补输出级动态电阻无穷大动态电阻无穷大（1 1）电路组成）电路组成东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU八、功放电路应用举例2 2、电路基本性能、电路基本性能 输入电阻为输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU八、功放电路应用举例3 3、分析电路的同相输入端和反相输入端、分析电路的同相输入端和反相输入端接法接法输入输入输出输出相位相位共射共射bc反相反相共集共集be同相同相共基共基ec同相同相电路可等效为一电路可等效为一个双端输入单端个双端输入单端输出的差分放大输出的差分放大电路。电路。同相输入端反相输入端东华大学电路电子中心 E.E.CENTER DHU八、功放电路应用举例,1,101VuAiv WRVPVVLMOOMO5 .122,14.14211 WVVVRPMOCCMOL1042211T ）（ 820LRVVcc，%6 .55%100 EOPP