第四章功率放大电路

1、第四章功率放大电路教学内容4.1 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点4.2 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路4.3 采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的互补对称式放大电路4.4 集成功率放大器集成功率放大器 教学要求教学要求1.1.掌握掌握OTLOTL和和OCLOCL互补对称电路的工作原理，互补对称电路的工作原理，最大输出功率和效率的估算。最大输出功率和效率的估算。2.2.熟悉功率放大电路的非线性失真的概念。熟悉功率放大电路的非线性失真的概念。3.3.了解功率放大电路的特点，以及功率放大了解功率放大电路的特点，以及功率放大电路的类型。电路的类型。4.4.了解集成功率

2、放大电路的特点。了解集成功率放大电路的特点。4.1 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点一、功率放大电路的作用：一、功率放大电路的作用： 例例1： 扩扩音音系系统统功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 用作放大电路的输出级，以用作放大电路的输出级，以驱动驱动执行机构。如执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等仪表指针偏转等 。二、与电压放大电路的比较：二、与电压放大电路的比较：1.电压放大电路：电压放大电路：任务：任务：使负载上获得尽可能大的不失真的电压信号。使负载上获得尽可能大的不失真的电压信号。三极管工作状态三极管工作状态：小信号

3、：小信号分析方法：分析方法： 微变等效电路微变等效电路2.功率放大电路：功率放大电路：任务：任务：在允许的失真限度内尽可能地向负载提供足够在允许的失真限度内尽可能地向负载提供足够大的功率。大的功率。三极管工作状态三极管工作状态：大信号：大信号分析方法：分析方法： 图解法图解法三、对功率放大电路的要求：三、对功率放大电路的要求：1.输出功率要尽可能大输出功率要尽可能大cmcemcmcemomIUIUP2122集电极正弦电集电极正弦电压的最大幅值压的最大幅值2.工作效率高工作效率高voPP放大电路输出功率放大电路输出功率直流电源提供的功率直流电源提供的功率 效率低，既浪费能源不经济，又会使功放管的

4、结温效率低，既浪费能源不经济，又会使功放管的结温明显升高，以至损坏管子。明显升高，以至损坏管子。3.非线性失真要小。非线性失真要小。集电极正弦电集电极正弦电流的最大流的最大 幅值幅值四、功率放大电路的分类：四、功率放大电路的分类：1.按功放管工作状态不按功放管工作状态不同分为：同分为：甲类、乙类、甲类、乙类、甲乙类。甲乙类。甲类：导通角甲类：导通角 ;在在正弦交流信号的一个周期正弦交流信号的一个周期内，三极管均导通，效率内，三极管均导通，效率低，仅为低，仅为25。乙类：导通角乙类：导通角 ；三；三极管在半个周期内导通。极管在半个周期内导通。甲乙类：导通角甲乙类：导通角 22如何解决效率低的问题

5、？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：缺点：但又会引起截止失真。但又会引起截止失真。2.按耦合方式不同分按耦合方式不同分变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路阻容耦合功率放大电路阻容耦合功率放大电路直接耦合功率放大电路直接耦合功率放大电路互补对称：电路中采用互补对称：电路中采用NPN、 PNP两个三极管，两个三极管，其特性一致。利用其特性一致。利用NPN、PNP管轮流导通，交替管轮流导通，交替工作，在负载工作，在负载R

6、L上得到一个完整的被放大的交流上得到一个完整的被放大的交流信号。信号。4.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路）电路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess类型：类型：4.2.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理1. OTL互补对称电路互补对称电路（1）OTL乙类互补对称电路乙类互补对称电路电路特点：电路特点：1）单电源供电）单电源供电;2）射极输出，输出端加有大电容。）射极输出

7、，输出端加有大电容。C2的作用：隔直通交；储的作用：隔直通交；储存电能，代替一个电源。存电能，代替一个电源。静态分析静态分析 静态时，电源通过静态时，电源通过VT1向向C2充电，调整参数充电，调整参数R1、R2使得三极管发射极使得三极管发射极电位：电位：2CCAVU死死区区电电压压动态分析动态分析 ui0,VT1导通导通VT2截止，截止，iL=iC1,RL上得到上得到上正下负的电压；上正下负的电压； uiiLiC2iC1 tttt动态分析动态分析 ui0,VT1导通导通VT2截截止，止，iL=iC1,RL上得到上上得到上正下负的电压；正下负的电压； IcmuiiLiC2iC1 tttt动态分析

8、动态分析 ui0,VT1截止截止VT2导导通，通，iL=iC2,RL上得到上负上得到上负下正的电压。下正的电压。IcmuiiLiC2iC1 tttt优点：电路省掉大电容，改善了低频响应，又有优点：电路省掉大电容，改善了低频响应，又有利于实现集成化。利于实现集成化。缺点：三极管发射极直接连到负载电阻上，若静缺点：三极管发射极直接连到负载电阻上，若静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。实较大的电流长时间流过负载，造成电路损坏。实际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为际使用的电路中常常在负载回路接入熔断丝作为

9、保护措施。保护措施。OCL电路的优缺点：电路的优缺点：4.2.2 互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算1. OCL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算设三极管设三极管VT1、VT2特性特性曲线对称，则曲线对称，则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem LCCRViC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVccIcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI（1）最大输出功率：）最大输出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)(21222忽略忽略UCES 则则LccomRVP

10、22集电极最大输出电压为集电极最大输出电压为 Ucem=VccUCES集电极最大输出电流为集电极最大输出电流为 Icm=（VccUCES)/RL直流电源直流电源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCcccmcccmccVRVRUVVIVttdIVP20222)(sin1（2）效率：）效率：5 .784VomPPCCCESCCVomVUVPP|4忽略忽略UCES 则则（3）功率三极管极限参数：）功率三极管极限参数：集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM:流过三极管的最大集电极电流为流过三极管的最大集电极电流为:LCCLCESCCcmRVRUVI选择三极管时集电极最大允许电流应为选择

11、三极管时集电极最大允许电流应为:LCCCMRVI集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO: 当当VT2导通，导通，VT1截止截止时，时，VT1承受反向电压：承受反向电压：CCCESCCCEVUVu2|221 功率三极管集电极最大允许功率三极管集电极最大允许反向电压为反向电压为:CCCEOBRVU2)(集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM: 当集电极输出电压的峰值当集电极输出电压的峰值UOMVCC时，三极管的功时，三极管的功率功耗达到最大，此时，每个三极管的最大管耗为：率功耗达到最大，此时，每个三极管的最大管耗为：LCCTmRVP22当忽略三极管的饱和压降当忽略

12、三极管的饱和压降UCES时，最大输出功率为：时，最大输出功率为：LCComRVP22omTmPP2 . 0选择三极管时集电极最大允许耗散功率应为选择三极管时集电极最大允许耗散功率应为:omCMPP2 . 02. OTL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算iC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVcc/2IcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI2/（1）最大输出功率：）最大输出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)2/(21222忽略忽略UCES 则则LccLccomRVRVP82)2/(22设三极管设三极

13、管VT1、VT2特性曲线对称，则特性曲线对称，则Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,则则 集电极最大输出电压为集电极最大输出电压为 Ucem=Vcc/2UCES集电极最大输出电流为集电极最大输出电流为 Icm=（Vcc/2UCES)/RL直流电源直流电源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCCCCmcccmccVRVRUVVIVttdIVP22)(sin1220（2）效率：）效率：5 .7842822LccLccVomRVRVPP忽略忽略UCES 则则CCCESCCVomVUVPP2)2(（3）功率三极管极限参数：）功率三极管极限参数：集电极最大允许电

14、流集电极最大允许电流ICM:流过三极管的最大集电极电流为流过三极管的最大集电极电流为:LCCLCESCCcmRVRUVI22/选择三极管时集电极最大允许电流应为选择三极管时集电极最大允许电流应为:LCCCMRVI2集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO: 当当VT2导通，导通，VT1截止截止时，时，VT1承受反向电压：承受反向电压：CCCESCCCEVUVu|21 功率三极管集电极最大允许功率三极管集电极最大允许反向电压为反向电压为:CCCEOBRVU)(集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM:omTmPP2 . 0选择三极管时集电极最大允许耗散功率应为选择三

15、极管时集电极最大允许耗散功率应为:omCMPP2 . 0当忽略三极管当忽略三极管UCES时，每个三极管的最大管耗也为：时，每个三极管的最大管耗也为：效率) 1 ()2/(2121222LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP (2)OTL乙类功放乙类功放 (3)OCL乙类功放乙类功放 (1)甲类功放甲类功放甲类电路的静态电流较大，效率较低。甲类电路的静态电流较大，效率较低。 (2)OTL乙类功放乙类功放 (3)OCL乙类功放乙类功放 (1)甲类功放甲类功放)2()2/(212LCESccomRUVP)3()(212LCESccomRUVP乙类功放静态功耗等于零，效率较高。乙类功放静

16、态功耗等于零，效率较高。OCL电路最大输出功率：电路最大输出功率：WRUVPLCESccom25.2082)220(2)(22例例4.2.1 解：解：7 .7066.2825.20VomPP效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCcccmcccmccV66.28822020222)(sin10集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM:三极管的极限参数三极管的极限参数:ARVILCCCM5 . 2820集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:VVUCCCEOBR402022)(集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM:WPPomCM5252 . 02

17、. 0WRUVPLCESccom482)22/20(2)2/(228 .6237. 64VomPPOTL电路最大输出功率：电路最大输出功率：效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCCCCmcccmccV37. 682220202)(sin120集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM:三极管的极限参数三极管的极限参数:ARVILCCCM25. 182202集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO:VVUCCCEOBR20)(集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM:WPPomCM25. 125. 62 . 02 . 04.3 采用复合管的互补对称式放大

18、电路采用复合管的互补对称式放大电路增加复合管的目的是：增加复合管的目的是： 提高电流放大倍数，扩大提高电流放大倍数，扩大电流的驱动能力。电流的驱动能力。4.3.1 复合管的接法及其复合管的接法及其和和rbe1. 复合管的接法复合管的接法复合管连接的原则：复合管连接的原则：1）保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电）保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流形成适当的通路；流形成适当的通路；2)外加电压的极性应使每个三极管均工作在放大状态外加电压的极性应使每个三极管均工作在放大状态.cbeT1T2ibicbecibicPNPNPNbecibicNPNPNP2. 复合管的复合管的和和rbe(1)由相同类型的三极管组成的复合管由相同类型的