电路与模拟电子技术-1功率放大

功率放大电路功率放大电路：以输出信号功率为主要目的的放大级。输出幅度较大，功率放大电路必须工作在大信号条件；如何尽量减小输出信号的失真是首先要考虑的问题。输出信号功率的能量来源于直流电源，应该考虑转换的效率。半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等问题，并要有适当的保护措施。功率放大电路从功率变换的角度

放大电路如何有效地将直流供电电源的能量转换为负载所需要的信号功率。低频功率放大电路。功率放大电路的分类功率放大电路的基本计算集成功率放大器功率放大电路的分类按静态工作点的不同设置划分：甲类功率放大电路、乙类功率放大电路、甲乙类功率放大电路。甲类放大：导通角为θ=2π。（三组态电路、差分电路）乙类放大：导通角为θ=π。（互补对称共集电路、交越失真）甲乙类放大：导通角介于π和2π之间。（给管子设置微小的静态工作电流，使其在小的输入信号下也能进入放大区）甲类单管功率放大电路右图所示共射极甲类功率放大电路。（图解分析如右下图所示）静态工作点位于交流负载线中点。LCQCEQ2

2R

VCC

VCC，

IVvCE

VCEQ

Vcem

sin

tC

CQi

I

Icmsin

tCC

CQCC

CE电源提供的功率：P

12π

02πV

i

d(

t)

V

I2o

o

cm

L2πo负载上获得的功率：P

1

2π

021v

i

d(

t)

I

R甲类单管功率放大电路所以，该类电路的理想效率为：

25%（效率很低）原因？改进？CC

CQCC

CE电源提供的功率：P

12π

02πV

i

d(

t)

V

I2o

o

cm

L2πo负载上获得的功率：P

1

2π

021v

i

d(

t)

I

RLcmcem由图：V2

2R

VCC

VCC，

I乙类双管功率放大电路（变压器耦合推挽式）右图所示变压器耦合推挽功率放大电路。Tr1

：输入变压器；Tr2

：输出变压器；T1、T2

：同极型对称推挽管；Rb1、Rb2

：偏置电阻（克服交越失真）突出优点：通过改变变压器的变比，能找到一个最佳的等效负载；（此时输出功率最大，且不失真）在不提高电源电压的条件下，可使输出电压幅度超过电源电压。乙类双管功率放大电路（变压器耦合推挽式）右图所示变压器耦合推挽功率放大电路。vi

正半周时：T1

导通、T2

截止；负载RL

获得正半周输出信号。vi

负半周时：T1

截止、T2

导通；负载RL

获得负半周输出信号。乙类双管功率放大电路（互补对称式OTL）右图所示单电源供电的互补对称功率放大电路。（OTL：Output

Transformerless）vi

＝0（静态）时：T1

、T2

管截止；vi

正半周时：T1

导通、T2

截止；+VCC→T1

→C

→RL→GND（电容充电）。vi

负半周时：T1

截止、T2

导通；C

→T2→GND

→RL（电容作为电源，放电）2

2CQ

OQCCOv

V，（电容）V

VCC

，V

0

vi2VCCvI

乙类双管功率放大电路（互补对称式OCL）右图所示双电源供电的互补对称功率放大电路。（OCL：Output

Capacitorless）vi

＝0（静态）时：T1

、T2

管截止；VOQ

0vi

正半周时：T1

导通、T2

截止；+VCC→T1

→RL→GNDvi

负半周时：T1

截止、T2

导通；GND

→RL→T2→-VCC功率放大电路的基本计算功率放大电路的主要技术指标：输出功率Po

（最大输出功率Pom）；输出效率η

（最大效率ηm）；管耗PT

。0x

x2πv

i

d(

t)x2π功率的基本计算公式：P

1

输出功率Po输出功率Po：负载上所获得的功率。定义

Vim

sin

tRL则输出为：vo

Vom

sin

t

，io

Vom

sin

tL

Vom

2o2π0o

o输出功率：P

1

2π

v

i

d(

t)2R输出效率ηπ2π

12π12π0CC

oV i

d(

t)

π

VCCiod(

t)EPPE

4

VCC

Vom

2VCCVomπ

RL输出效率：

Po0LomCCπ0CC

oπ

1

2π

2[Rd(

t)V

πV

sin

tV i

d(

t)]

22RL输出效率η：输出功率Po

与电源提供的平均功率PE

之比。电源提供的平均功率：VPo

om最大输出功率Pom

、最大效率ηm右下图所示互补对称功率放大电路的工作波形。CCom输出功率达到最大，此时输出效率也最大。若考虑功放管的饱和压降，则Vom

=VCC-VCES

；实际效率将小于78.5%。（一般为60～70%）

78.5%PPE

42RL，

m

om

V

2Pom

CC

Vom

4

VCC22RLVPo

om

LEπ

R当输出信号幅度达到理想的最大值

V

≈V

时，P

2VCCVom管耗PT管耗PT

：T1、T2

两管的消耗功率。（广义：除输出功率外的所有功率）最大管耗PTM

（对上式求导）：L

LPT

PE

Po

2Rπ

R2VCCVom

Vom

22V

V

CC

omπ

RLPE

CCom当V

2VCC

0.64

V

时π2VCC

2π2

RLom

4

P

0.4

Pomπ2PTM

PT2M每个功放管的最大功耗为：PT1M2

1

PTM

0.2

Pom22RLVPo

om2RL【例5.1-1】右图所示OCL电路。已知：VCC

=15V，输出电压幅度Vom

=10V，RL

=8

。求：输出功率、效率和管耗。V

2解：输出功率：Po

om

6.25

WLπ

REP

2VCCVom

11.94

WPE

11.94效率：

Po

6.25

52.3%21

2管耗：PT

PT

1

(PE

Po

)

2.85

W2RL【例5.1-2】右图所示OTL

电路。已知：VCC

=30V，输出电压幅度Vom

=10V，RL

=8

。求：输出功率、效率和管耗。V

2解：输出功率：Po

om

6.25

WLπ

REP

VCCVom

11.94

WPE

11.94效率：

Po

6.25

52.3%21

2管耗：PT

PT

1

(PE

Po

)

2.85

W【例5.2】右下图所示OTL

电路。已知：T1、T2

特性完全对称，vi

为正弦，VCC

=10V，RL

=16Ω。求：（1）静态时，电容C2

两端的电压应该是多少？调整哪个电阻能满足这一要求?（2）动态时，若输出电压波形出现交越失真，应如何调整?解：（1）电压为5V，调整R1、R3

。（2）应增加R2

。（三极管基极间电压增大，有较大的静态电流）右下图所示OTL

电路。已知：T1、T2

特性完全对称，vi

为正弦，VCC

=10V，RL

=16Ω。（3）若R1

=R3

=1.2kΩ，β=50，|VBE|=0.7V，Pcm

=200mW

；求：当D1、D2、R2

中任一开路时，将会出现什么情况?解：（3）当D1、D2、R2

中任一开路时：PC

VCE

IC1

895

mW

Pcm所以，功率管将会损坏。

179

mA1

VCC

VBE

VC2QC1I

IB1R功率管的选取功放管的功耗：PCM＞0.2Pomax功放管的耐压：V

(BR)CEO

＞2VCC功放管允许的最大集电极电流：ICM

＞VCC/RL功率管的应用功率管应该严格配对：大工作电流时的β

一致；在大电流下饱和压降小，且一致。功率管的散热问题：大功率场合下，必须给功率管装散热板，或进行风冷和水冷。功率管在大电流、高电压下工作，应对其采取过压和过流保护措施。当电源质量不高或内阻较大时，电源内阻上的压降可能会引起功放电路的低频自激；消除低频自激方法是

置放大电路的供电回路中加去耦滤波电容。集成功率放大器集成运放的输出级采用互补对称式输出。受散热、电流容量、耐压等因素制约，输出电流一般为几十毫安，电压极值一般为电源电压的85%左右。需要考虑集成运放的扩流、扩压。集成运放的扩流在集成运放的输出端再加一级互补对称功放。利用T1、T2

管的电流放大作用，达到扩大输出电流的目的。集成运放的扩流（实用电路）功率放大电路（电压放大级+功率放大级）。电压串联负反馈，闭环增益：AvfR1

1

R2集成运放的扩压静态（vi

=0）：vo

0