模电-第4章功率放大电路

第一节功率放大电路的主要特点对放大电路的要求放大电路中三极管的工作状态放大电路的分析方法下页总在一些电子设备中，常要求放大电路的输出级能带动某种负载，因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大器。1.

根据负载要求，提供足够的输出功率。最大输出功率Pom

：在正弦输入信号下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。2Icem

cm=2·

Icm2Pom=Ucem

1

U共射接法下一、对放大电路的要求首页上页下页式中po

为放大电路输出给负载的功率，而

pv

为直流电源Vcc所提供的功率。popv放大电路的效率可表示为η

=2.

具有较高的效率。放大电路输出给负载的功率由直流电源提供。在输出功率比较大的情况下，效率问题更为重要。如果功率放大电路的效率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在放大电路

的电能将转换成为热量，使管子、元件等温度升高，因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。首页上页下页二、放大电路中三极管的工作状态在功率放大电路中，三极管工作在大信号状态，使得管子的特性曲线的非线性问题充分

出来。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求，尽量设法减小输出波形的非线性失真。当功率放大电路工作时，应防止三极管的工作点超出

区的范围。选用放大三极管时，极限参数应留有一定的余地。首页上页下页三、放大电路的分析方法在功率放大电路中，由于三极管的工作点在大范围内变化，因此，对电路进行分析时，一般不能采用微变等效电路法，常采用图解法分析放大电路的静态和动态工作情况。从功率放大电路的上述特点，可以组成功率放大的具体电路。考虑电路的具体形式时，主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率，并尽量减小输出波形的非线性失真。首页上页下页第二节

互补对称式功率放大电路电路的组成和工作原理互补对称电路主要参数的估算下页总ICUCEOQiCtOICOQUCEiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC

0，一般功放常采用。首页上页下页一、

电路组成和工作原理1.

OTL乙类互补对称电路R1

和R2确定放大电路的静态电位。调整R1

和R2的值，使静态时两管的发射极电位为VCC22VCC电容C2两端的电压也等于动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。R2+R1+VCCC2-VT1NPNiuoVT2PNPRLOTL乙类互补对称电路u

C1+首页上页下页交越失真ic1ic2iLui

>0时VT1导通VT2截止。ui

<0时VT2导通VT1截止。iL

=

iC1

–

iC2R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoPNPRLC1+UiVT2otic1otic2otiLotuiotUiCCV

/2首页上页下页0tiCiBuBE0ui0交越失真输入信号输出信号交越失真的产生在两个管子交替工作区域出现的失真称为交越失真t2.

OTL甲乙类互补对称电路(Output

Transformer

Less)iC1iC2iLiB1iB2R、VD1和VD2为两管提供了静态基极电流I

和IB1

B2避免了ui较小时两管同时截止减小了交越失真。iC1

和iC2不为零，静态时为零上页 下页R2R1ui+VCCC+

1

-VT1NPNuoVT2PNPVCC2RLVD1VD2b2R+

b1首页OTL甲乙类互补对称电路的波形图uiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNPVCC2VD1VD2b1b2R+iC1iC2iLRL在静态时（ui=0），Vb1=Vcc/2+0.7v,Vb2=Vcc/2-0.7vOtttOiC2OtOiLOiC1iC1tUb1VCC/2+0.7v首页上页下页Ucem

=

VCC

-

UCES静态时UCE1

=+VCC

,UCE2

=-VCC

。-VCCOCL甲乙类互补对称输出级R2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPVD1VD2b1b2RiC1iC2iLRL3.

OCL甲乙类互补对称电路(Output

Capacitor

Less)OCL电路省去了大电容，即改善了低频响应，又有利于实现集成化，应用更为广泛。首页上页下页OCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNP2b1b2RVD1VDiC1iC2iLRLtttOiC2OtOiLtOUb10.7vOiC1iC1OCL甲乙类互补对称电路的波形图在静态时（ui=0），Vb1=+0.7v,Vb2=-0.7vOCL电路存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静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，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。首页上页下页若VT1、VT2对称Ucem=

Vcc

-

UCES-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOCL互补电路的图解法Icm1Ucem1UCES

VCCui

>0时工作点沿QA上移。ui

<

0时工作点沿QB下移。

二、

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首页上页下页omP

≈V2CC2RL（1）最大输出功率Ucem

=

VCC

-

UCESrmsL

L2cmI(U

=

Um

)R

R

Ucem

VCC

UCES当满足条件UCES<<VCC时L首页上页下页L2)2omUPR(Ucem

)22RR1

(V

U2

rms

CC

CES

PV

=

VCC

×π

Icmsinωtd(ωt)

=10πCC

cm≈2V

I

2V2

CC

πRLpompvη

=≈

4=78.5%

π（2）效率当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率pom与直流电源提供的功率PV之比。电压不变，电流是一个正弦波，

求的是电流的平均值（有效值），由于对称，做一个半波的平均即可。π当忽略饱和管压降UCES时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。Pom

≈V2

CC

2RL首页上页下页（3）功率三极管的极限参数▼集电极最大允许电流ICM在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：cmL

LIR

R

VCC

UCES

VCC因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：CMLIRVCC首页上页下页在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEOUCE1

UEC2

2VCCUCE1

|

UCE2

|

2VCC或当VT2导电时，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时，VT1的集电极电压达到最大，此时：UCE1

2VCC

|

UCES2

|

2VCC因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为U(BR)CEO

2VCC首页上页下页在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管

，成为三极管的耗散功率PT

，使管子发热。▼集电极最大允许耗散功率PCM24omL(

CC

omR1

VURLPT

uce

ic

(Vcc

Usint

)

Uom

sint

U

om

)CCCComomdPTdU

0.6V那么，令=0，

可得：U

=

2

V上式说明，当Uom=0.6VCC时，PT=PTmax，将该结论代入PT,即可得：首页上页下页

CC

CCTmom2LLV

2V

2

R2RP

而

P

当忽略三极管的管压降时，PTm

=0.2

Pom因此，在选择功率三极管时应满足，PCM

>0.2

PomUcem=2Vcc

-

UCES若VT1、VT2对称-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOTL互补对称电路的图解法Icm1Ucem1UCES交流负载线2.

OTL互补对称电路主要参数的估算VCC2首页上页下页omcem

cm2P

=

1

U

I2=

1U2

cemRLomP

≈18V2CCRLVP

=×cmI

sinωtd(ωt)2VCC1ππ0ppvη

=om≈18V2CCRL

2πRLV2CC=4π

=

78.5%2RL(V

/

2

–

U1

CC

CES)2=若满足UCES2<<

VCCV2

CC

2πRL≈πV

I=

CC

cm（1）最大输出功率（2）效率首页上页下页（3）功率三极管的极限参数▼集电极最大允许电流ICMcmL

LIR2R

VCC

/2

UCES

VCCCMLIRVCC▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEOUCE1

|

UCE2

|

VCCUCE1

VCC

|

UCES2

|

VCCU(BR)CEOPTm

=

0.2

Pom▼集电极最大允许耗散功率PCMPCM

>

0.2

Pom首页上页下页上页首页课堂练习第三节采用复合管的互补对称放大电路复合管的接法及其β和rbe复合管组成的互补对称放大电路下页总一、复合管的接法及其β和rbe复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。下页上页首页rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(

β1+

β2+

β1β2)

ΔiBΔiE=

(1+β2)

(1+

β1)ΔiB1=

ΔiB

+

ΔiCβ

=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2ic1ic2iE1=iB2iEiciBiB1ΔiC1

=

β1

Δ

iB1E1B2Δi =

Δi

=

(1+

β

)Δi1

B1ΔiC2

=

β2

(1+

β1)

ΔiB1与NPN型三极管等效VT1VT2bec上页下页首页ic1

=iB2iE2iB1iBic2iciE1iEΔic=

β1(1+

β2)

ΔiB1=

(β1+

β1

β2)

ΔiBΔiE=

(1+

β1+

β1β2)

ΔiB1=

ΔiC

+

ΔiBβ=

β1

（1

+β2）≈

β1β2与NPN型三极管等效rbe=rbe1ΔiE1=

(1+

β1)

ΔiB1ΔiC1=

ΔiB2=

β1

ΔiB1Δic2=

(β1

β2)

ΔiB1VT2VT1bec上页下页首页iC1iE1=

iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbe与PNP型三极管等效β

=β1+β2+β1β2

≈

β1β2ciC1=

iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1be与PNP型三极管等效β

=β1

（1

+β2）≈

β1β2crbe=

rbe1rbe=rbe1

+（1+

β1）rbe2上页下页首页二、复合管组成的互补对称放大电路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4VT3、VT4很难互补对称VT1VT2+VCC-VCCVT3、VT4可实现互补对称uiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2上页 首页第四节集成功率放大器集成功率放大器的电路组成集成功率放大器的主要技术指标集成功率放大器的引脚和典型接法下页总目前，利用集成电路工艺已经能够生产种繁多的集成功率放大器。集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路也集成在

更加安全。集成功放从用途划分，有通用型功放和

型功放。从

的构成划分，有单通道功放和双通道功放，从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。上页下页首页集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在于，对前者要求输出更大的功率。为了达到这个要求集成功放的输出级常常采用复合管组成。另外，通常要求更高的直流电源电压。对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。上页下页首页一、集成功率放大器的电路组成821654R3R2R1R4R5R7R615kΩ15kΩ50kΩ1.35kΩ150Ω15kΩ50kΩVT1VT2VT3VD1VT10VT4VT5VT7VT8VT6VT9VD23输入级为双端输入、单

7端输出差分放大电路镜像电流源中间级引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。上页下页首页二、集成功率放大器的主要技术指标参数测试条件最小典型最大单位工作电源电压（V+）LM386N-1,-3，LM386M-1LM386N-4451218VV静态电流（IQ

）V+

=6V,

Ui

=048mA输出功率（

PO）LM386N-1，LM386M-1V+

=6V,

RL

=8Ω,THD=10%250325mWLM386N-3V+

=9V,

RL

=8Ω,THD=10%500700mWLM386N-4V+

=16V,RL

=32Ω,THD=10%7001000mW电压增益（Au

）V+

=6V,

f

=1kHz26dB引脚1、8间接10μF电容46dB带宽(BW)V+=6V,引脚1、8开路300kHzLM386主要技术指标（大气温度T