第9章功率放大电路

1、第9章功率放大电路例：例： 扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器较大功率的放大器称为功率放大器9.1 9.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一一. 功放电路的主要技术指标功放电路的主要技术指标1.最大输出功率最大输出功率om

2、P功率放大电路提供给负载的信号功率称为功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。输出功率。OOOUIP 最大输出功率是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大最大输出功率是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。交流功率。2.转换效率转换效率功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为转换功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为转换效率。效率。VomPP二二. 功放电路的特点功放电路的特点（2） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UC

3、EM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大Icuce(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（ ）。）。Po: 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV ：电源提供的直流功率。：电源提供的直流功率。%100VomPP（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题三三. 功放电路的分析方法功放电路的

4、分析方法 因为功率放大电路的输出电压和输出电流因为功率放大电路的输出电压和输出电流幅值均很大，功放管特性的非线性不可忽略，幅值均很大，功放管特性的非线性不可忽略，所以在分析功率放大电路时，不能采用仅适用所以在分析功率放大电路时，不能采用仅适用于小信号的交流等效电路法，而应采用图解法。于小信号的交流等效电路法，而应采用图解法。四四. 双极型晶体管的几种工作状态双极型晶体管的几种工作状态甲类：甲类：Q点适中，在正弦信号的点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：甲乙类：介于甲类和乙介于甲类和乙类之间，导通角大于类之间，导通角大于180小于小于 360。iCuC

5、EQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：乙类：静态电流为静态电流为0，BJT只在只在正弦信号的半个周期内导通。正弦信号的半个周期内导通。iCuCEQ2ICQVCC五五. 甲类功率放大电路分析甲类功率放大电路分析1.三极管的静态功耗：三极管的静态功耗：若若CCCEQVU21的静态功耗相等的静态功耗相等三极管和负载电阻三极管和负载电阻LRCQCEQTIUP CQCCVIVP电源提供的平均功耗：电源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21则则+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.动态功耗动态功耗（当输入信号（当输入信号Ui时）时）输出功率输出功率:ooIUP o 要

6、想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面积使功率三角形的面积大，即必须使大，即必须使Uom 和和Iom 都要大。都要大。最大输出功率最大输出功率:CQCComIVP )21(21MNUomIom功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCComom21IU22omomIU电源提供的功率电源提供的功率20)(21tdiVPCCCV此电路的最高效率：此电路的最高效率：VomPP甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小输出功率小25. 0)21(21CQCCCQCCIVIVtdtIIVcmCQCC)sin(2120CQCCIV 静态功耗大，效率低静态功耗大，效率低一一

7、. 结构结构互补对称：互补对称： 电路中采用两个晶电路中采用两个晶体管：体管：NPN、PNP各各一支；一支； 两管特性一致。组两管特性一致。组成互补对称式射极输成互补对称式射极输出器。出器。9.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 uuVCCVCCoiLR二、工作原理（设二、工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载

8、上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真输出功率最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax21)(21RVRUVP1.输出功率输出功率Poooo=IUP三、分析计算三、分析计算uuVCCVCCoiLRL2om21RULRUUoo=LoRU2=

9、2)2(1=omLURCESCCom=UVU一个管子的管耗一个管子的管耗)(d 21=0cecT1tuiP 2.管耗管耗PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVRuuVCCVCCoiLRL2omomCCL212RUUVR)(d )(21=0LooCCtRuuV3.电源供给的功率电源供给的功率PEToV=PPPLomCC2RUV当当时， CComVU 2L2CCVmRVP4.效率效率 CComVo4=VUPP时，时， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max四

10、三极管的最大管耗四三极管的最大管耗 )4(12omomCCLT1UUVRPomL2CC2 . 022 . 0PRV问：问：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？omdUdPT10CCom2VUCC64. 0V)2(41212CCCCCCLT1maxVVVRP2CC2L1VRLCC2222RV)2(1omCCLUVR选功率管的原则：选功率管的原则：1. PCM PT1max oM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLRLCCCMRVI3.晶体管的最大集电极电流晶体管的最大集电极电流 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙类互补对称功放的

11、缺点乙类互补对称功放的缺点uuVCCoiLRVCCuu-oLRi2RD12R1VCCDVCC 静态时静态时: T1、T2两管发射结电压分两管发射结电压分别为二极管别为二极管D1、 D2的正向导通的正向导通压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：设动态时：设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。降低，进入良好的导通状态。电路中增加电路中

12、增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 4.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路一一. 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCC2.2.带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器 （甲乙类互补对称（甲乙类互补对称电路的计算同乙类）电路的计算同乙类）-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT33. 带复合管的带复合管的OCL互补输出功放电路：互补输出功放电路： T1：电压推动级（前置级）：电压推动级（前置级） T2、R1、R2：UBE扩大电路扩大电路 T3、T4、T5、T6：复合

13、管构成互补对称功放复合管构成互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，型晶体管，两者特性容易对称。两者特性容易对称。 合理选择合理选择R1、R2，b3、b5间间可得到可得到 UBE2 任意倍的电压。任意倍的电压。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R例解：L2CESCCom)(21RUVP（1）W184)315(212CComEo4=VUPPCCCC4VUVCES%8 .62%5 .7812312（2）L2omRUPOW16482例解： （1）L2CESCCom)(21RUVPWV168)2(212CCVVCC18（2）VUVU

14、CESCCOM18220ARUILOMC25. 2818maxVUVUCESCCCE3822022maxL2CCT1max22 . 0RVPW58201 . 02图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路图9.1.4 OTL电路OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLessuuVCCVCCoiLR1、基本原理、基本原理. 单电源供电；单电源供电；. 输出加有大电容。输出加有大电容。（1）静态偏置）静态偏置二二. 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路 调整调整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使CCP21VU 此时电容上电压

15、此时电容上电压CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电（电容起到了负电源的作用）源的作用）Ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；Ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）输出功率及效率）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax %5 .78max 2maxCCoVU 此电路存在的问题：此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO2.带运放前置放大级的功率放大电路带运放前置放大级的功率放大电路运放运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：串联负反馈。整个电路的电压放大倍数： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R图9.3.3