第九章-- 功率放大电路

1、 第九章第九章 功率放大电路功率放大电路Power amplification9.1 9.1 功率放大电路的概述功率放大电路的概述 电子系统中，模拟信号放大后往往要去推动实际电子系统中，模拟信号放大后往往要去推动实际的负载。的负载。推动实际负载需要的功率很大。推动实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器能输出较大功率的放大器称为功率放大器称为功率放大器实际负载实际负载功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 电源提供的功率是电源提供的功率是直流功率直流功率，等于电，等于电 源输出电流源输出电流平均值平均值及其电压之积。及其电压之积。一、主要技术指标一、主要技术指标 1、 最大输出

2、功率最大输出功率Pom 在电路参数确定的情况下，在电路参数确定的情况下， 负载上负载上 能获得能获得的最大的最大交流交流功率。功率。 2、转换效率、转换效率 功率放大电路的功率放大电路的输出功率输出功率与与电源所提供的功率电源所提供的功率之比之比 VoPP 若已知若已知Uom，则可得，则可得PomL2omomRUP有效值有效值9.1.1 9.1.1 特点特点Maximum power output Transfer efficiency 二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管为使输出功率尽可能大，为使输出功率尽可能大， 输出电压、电流都有足够大输出电压、电流都有足够大的输出幅度，

3、的输出幅度，管子在接近极限状态下工作，管子在接近极限状态下工作， 带来的带来的 问题是：问题是： 晶体管的选择；晶体管的选择； 管子的散热问题；管子的散热问题； 图解法图解法 三、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法微变等效电路不适用微变等效电路不适用 一、一、 共射放大电路输出功率小，效率低，共射放大电路输出功率小，效率低，不宜用作功率不宜用作功率放大电路。放大电路。IBQBAiCuCE0VCCRCQVCC直流负载线直流负载线交流负载线交流负载线CEDICQVCCUCEQCQcmII )R/R(IULCCQom 2)R/R(ILCCQ有有效效值值为为)RI (I21R)2I(PP

4、RLCQCQL2CQomomL 为为功功率率上上可可能能获获得得的的最最大大交交流流TRbRcVCC+ui-iBiCiE+uCE-+uBE-C1+ C2+RL9.1.2 9.1.2 功率放大电路的组成功率放大电路的组成 1、变压器耦合功率放大电路、变压器耦合功率放大电路 2、 变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合功放笨重、变压器耦合功放笨重、自身损耗大自身损耗大效率低效率低 二二. 功率放大电路的种类功率放大电路的种类 无信号时，效率为零；无信号时，效率为零；信号最强时最大效率也只有信号最强时最大效率也只有50%50%。Transformer coupling

5、3、 无输出变压器的功率放大电路无输出变压器的功率放大电路-OTL电路电路 C 足够大，才能认为其对交流足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。4、 无输出电容的功率放大电路无输出电容的功率放大电路 -OCL电路电路两只管子交替导通，两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两路电源交替供电，双向跟随。三、功率放大电路中晶体管的三种工作状态三、功率放大电路中晶体管的三种工作状态放大电路根据放大电路根据静态工作点静态工作点的位置不同而分成三种工作的位置不同而分成三种工作状态：状态：甲类、甲类、乙类、乙类、甲乙类甲乙类1、 静态工作点设置在

6、负载线的中间位置静态工作点设置在负载线的中间位置vCEiCoQiCot 甲类放大甲类放大电源供给的直流功率电源供给的直流功率 PV=VCCICQICQ静态电流造成静态损耗，静态电流造成静态损耗，主要为管耗，主要为管耗， 最大效率不超最大效率不超过过25%；在正弦信号的整个周期内均导通在正弦信号的整个周期内均导通2、静态工作点进入截止区、静态工作点进入截止区vCEiCoQiCot 乙类放大乙类放大无信号输入时，无信号输入时，静态电流静态电流 IC =ICBO 0，静态损耗静态损耗 0，电源输出的功率电源输出的功率 0 ；有信号输入时，有信号输入时，电源只为输出信号提供功率，电源只为输出信号提供功

7、率，效率更高，效率更高，78.5%；只在正弦信号的半个周期内均导通只在正弦信号的半个周期内均导通3、静态工作点位置较低，接近截止区、静态工作点位置较低，接近截止区vCEiCoQiCotICQ 甲乙类放大甲乙类放大无信号输入时，无信号输入时，静态电流静态电流 IC 较小，较小，静态损耗较小，静态损耗较小，电源输出的功率也较小；电源输出的功率也较小；有信号输入时，有信号输入时，电源供给的功率增加，电源供给的功率增加，增加的部分全增加的部分全部作为输出功率，部作为输出功率，管耗并不增加，管耗并不增加，效率提高；效率提高；介于两者之间，导通角大于介于两者之间，导通角大于180甲乙类180360导电乙类

8、180导电三极管的四种工作状态丙类180导电甲类360导电三极管根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。三极管根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路一、电路组成一、电路组成 两个管子的类型不同两个管子的类型不同T1 NPN管管T2 PNP管管 基极相连接输入信号基极相连接输入信号 发射极相连接负载发射极相连接负载 两个电源供电两个电源供电要求：要求： T1,T2的特性要一致的特性要一致 正负直流电源要对称正负直流电源要对称对称电路对称电路RL+VCCT1-VCC+ui-T2+uo-iC1iC2-OCL电路电路Complemental power a

9、mplification circuit RL+VCCT1-VCC+ui-T2+uo-iC1iC2二、工作原理二、工作原理(1) 静态时静态时T1,T2截止，截止，IC 0，静态损耗静态损耗0 ；(2) 动态时动态时信号正半周，信号正半周，T1 导通，导通，T2 完全截止；完全截止； RL+VCCT1+ui-+uo-信号负半周，信号负半周，T2 导通，导通，T1 完全截止。完全截止。 RL-VCC+ui-T2+uo-VCCT2互补工作方式互补工作方式三、电路存在的问题：交越失真三、电路存在的问题：交越失真RL+VCCT1-VCCuiT2uoBEuBioui (V)otuo (V)ot6 . 0

10、6 . 0 交越失真交越失真Q输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。 在正、负半周交替过零处会出现一些在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真非线性失真，这个失真，这个失真 称为称为交越失真交越失真。回顾：回顾：1、功放的功能、功放的功能在在一定的供电电源一定的供电电源下，向负载提供一个下，向负载提供一个最大不失真最大不失真或或轻轻微失真微失真的信号功率。的信号功率。电压电压电流电流前级电压放大电路提供前级电压放大电路提供将前级输出电压传送给负载将前级输出电压传送给负载共集放大电路共集放大电路向负载提供放大了的电流向负载提

11、供放大了的电流2、转换效率、转换效率电源电压提供的能量电源电压提供的能量PV功率器件的损耗功率器件的损耗PT有效的输出功率有效的输出功率Po越高，电路品质越好越高，电路品质越好VoPP 越小越好越小越好降低功放管的静降低功放管的静态工作点，减少态工作点，减少静态时的管耗静态时的管耗uCEiCoQiCotICQQ点低，输出失真点低，输出失真效率与失真成为矛盾效率与失真成为矛盾3、互补功率放大电路互补功率放大电路RL+VCCT1-VCC+ui-T2+uo-iC1iC2RL+VCCT1+ui-+uo-RL-VCC+ui-T2+uo-VCCT2uo (V)ot交越失真交越失真输入信号很小时，达不到三极

12、管的开启电压，三极管不导电。输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。2D1D2R2B1BUUUU 解决办法：甲乙类互补对称功率放大电路解决办法：甲乙类互补对称功率放大电路ui = 0，给给 T1、T2 提供静态电压提供静态电压UB1B2略大于略大于T1管发射结和管发射结和T2管发射结开启电压之和，两管管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态。均处于微导通状态。当当 ui = 0 时，时，T1、T2 微导通。微导通。当当 ui 0 ( ( 至至 ) )， T1 微导通微导通 充分充分导通导通 微导通；微导通；T2 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。当当 ui 0 ( ( 至

13、至 ) )， T2 微导通微导通 充分导通充分导通 微导通；微导通； T1 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。输入信号为正弦交流电时输入信号为正弦交流电时两管导通的时间都比输入信号的半个周期两管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在更长，功放电路工作在甲乙类状态。甲乙类状态。RL+VCC T1-VCC+ui-T2+uo- 最大输出功率最大输出功率PomiouCE iCoQAUCESBUcemIcmVCCVCC/RLOMUCESCCUV OMILOMRU 最大值最大值 L2momoRUP 有效值有效值 LOMomR)2U(P2 理想情况下：理想情况下：L2CComRV21P

14、9.3 OCL电路的输出功率及效率电路的输出功率及效率L2CESCCR)UV(21 RL+VCC T1-VCC+ui-T2+uo-io电源提供的直流功率电源提供的直流功率PVtcosRUiLOMc 单个电源：单个电源：)AV(CCCv1IVP CCV 21 20ci) t(d 2VCC 0) t(tdsinRULOM LOMCCRUV 两个电源：两个电源：LOMCCVRUV2P LCESCCCCR)UV(V2 理想情况：理想情况：L2CCVRV2P RL+VCC T1-VCC+ui-T2+uo-io效率效率 VoPP L2OMRU21LOMCCRUV2 CCOMVU4 理想情况理想情况%5 .

15、784 最大管耗与输出功率的关系最大管耗与输出功率的关系电源发出的功率电源发出的功率输出功率输出功率管耗管耗静态时，静态时， 管子几乎不导电，管子几乎不导电，管耗接近于零；管耗接近于零；动态时，当动态时，当CCCCOMV6 . 0V2U 时，时，管耗最大管耗最大单管最大管耗为单管最大管耗为T1PomP2 . 0 功率功率BJT的选择的选择若想得到最大输出功率，若想得到最大输出功率，BJT的参数必须满足的参数必须满足下列条件：下列条件： 每只每只BJT的最大允许管耗的最大允许管耗PCM必须大于必须大于 当当T2导通时，导通时， 通过通过BJT的最大集电极电流为的最大集电极电流为 ；omP2 .

16、0,0u2CE 此时此时uCE1具有最大具有最大值值,且等于且等于2VCC，的管子；的管子；应选用应选用CCOCE)BR(V2U ,RVLCC所选所选BJT的的ICM一般不宜低于此值。一般不宜低于此值。例题例题解：解：(1)L2CComRV21P 812212 W9 功放电路如图所示功放电路如图所示, 设设VCC=12V, |U(BR)CEO|=30V。试求。试求: (1)最大输出功率最大输出功率Pom值，值，并检验所给晶体管能否安全工作；并检验所给晶体管能否安全工作；(2)放大电放大电路在路在=0.6时的输出功率时的输出功率Po值。值。RL=8 , 晶体管的极限参数晶体管的极限参数ICM=2

17、A, PCM=5W , RL+VCCT1-VCC+ui-T2+uo-CCcemVU V12 V24UCE)BR( omcmII LCCRV 812 A5 . 1 omT1P2 . 0P 92 . 0 W8 . 1 晶体管能安全工作晶体管能安全工作(2)VoPP CComVU4 12U4om 6 .0 V2 .9Uom L2omoRU21P 82 . 9212 W3 . 5 练习练习OTL互补对称式输出电路如图所示，试分析电互补对称式输出电路如图所示，试分析电路的工作原理。路的工作原理。 1. 按功放分类按功放分类(甲、乙、甲乙类甲、乙、甲乙类)，该电，该电2. 电阻电阻R2与二极管与二极管D1、D2的的3. 静态时静态时T1管的射极电位管的射极电位路的路的T1、T2管的工作方式管的工作方式为哪种类型？为哪种