第7章 功率放大电路110602

第七章功率放大电路国家级精品课程《模拟电子技术基础教程》编写组第七章功率放大电路

7.1功率放大电路的一般问题

7.2互补推挽功率放大电路

7.3丁类音频功率放大器

7.４集成功率放大器

7.5

功率器件

7.1

功率放大电路的一般问题例：扩音系统执行机构功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取放大器方框图如下：负载(换能器)

前置放大器

功率放大器信号源

由电压放大电路组成，不失真地提高信号电压幅度

保证信号失真在允许范围，提高输出功率，以驱动负载7.1功率放大电路的一般问题（1）Pom大(Uom,Iom)。（2）管子工作于极限状态PCM、ICM、UBR(CEO)（3）电路工作于大信号——图解法分析。（4）电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率。一、功率放大电路的主要特点负载上有用信号功率电源输出功率二、提高效率途径甲乙类放大——半个周期以上有电流。iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ00iC/mAωtiC/mAuCE/VQ0既降Q又不失真：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。甲类放大——整个周期内均有电流。失真小，η低乙类放大——半个周期导通有电流。失真大，η高RB+VCCC1C2RERLuiuo+VCCRLuiuo7.2互补推挽功率放大电路互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型：7.2.1乙类互补对称功率放大电路一、电路结构特点ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL1.由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2.双电源供电。3.输出端不加隔直电容（OCL）。ic1ic2动态分析：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作，为乙类放大。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V二、电路工作原理三、分析计算静态Q：UCE1=VCC

,UCE2=-VCC

IC1=IC2=0动态：（1）交流负载线斜率为-1/RL为分析方便，如图曲线倒置成Q点重合负载斜率相等且都通过Q点，那么合成的负载线成图示的一条直线。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL（2）Uom=Ucem=UimIom=Icm=Uom/RL（3）Uom(max)=Ucem(max)

=VCC－Uces

≈VCC

(1)输出功率Po最大不失真输出功率为(2)直流电源供给功率PV

(3)效率

(4)管耗

两管管耗最大管耗此时总结：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL归一化曲线图(动画)四、晶体管选择ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1UCE2≈0+VCC(1)PCM>0.2Pomax;(2)|U(BR)CEO>2VCC；(3)ICM>VCC/RLui-VCCT1T2uo+VCCRLiL交越失真死区电压uiuou"ou´otttt交越失真：输入信号ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。五、交越失真一、克服交越失真电路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

静态时:

T1、T2均处于微弱导通状态；两管导通时间均比半个周期大一些，为“甲乙类放大”。动态时：

设ui

加正弦信号正半周T2截止，T1导通；负半周T1截止，T2

导通。7.2.2甲乙类互补对称功率放大电路D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。二、UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE

任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB，则uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ

、IBQ

。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceVCC/RLVCCIBQ7.2.3准互补对称功率放大电路1.增加复合管--扩大电流的驱动能力cbeT1T2ibicbecibic输入电阻复合管的构成方式:保证前后级的电流方向一致；外加电压的极性使两管均工作在放大区。becibiccbeT1T2ibic输入电阻1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合管（达林顿管）构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：复合管的几种接法2.OCL准互补输出功放电路

T1：电压推动级

T2、R1、R2：

UBE倍增电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器集成运放内部的功率放大器7.2.4单电源互补对称功率放大电路一、特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。二、静态分析则T1、T2特性对称，令：0.5VCCRLuiT1T2+VCCCAUL+-UC三、动态分析设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5VCC

。负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，T1导通、T2截止；时，T1截止、T2导通。0.5USCuit四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui

幅度足够大。则：uoUomaxuitt实用OTL互补输出功放电路D1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。静态时要求K点电位UK=UC=VCC/2

R1和R2组成电压并联交直流负反馈网络，稳定电路的静态工作点，改善放大器的动态性能。7.３丁类音频功率放大器丁类功放：放大元件处于开关工作状态。无信号输入时截止；有信号输入时饱和。优点：效率高，发热少。适用于电池供电的便携式电子设备及大功率电子设备中，提供音频功率，也称音频放大器，或称数字音频放大器7.３丁类音频功率放大器PWM调制器：将模拟音频信号变成一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。开关输出级：把调制器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。低通滤波器：将大功率PWM波形中的音频信号还原出来。一、电路组成7.３丁类音频功率放大器二、工作原理7.３

丁类音频功率放大器（１）效率高：理想情况下可达100％。导通：电流很大但压降很小；截止：承受的压降很大但电流很小。无论导通还是截止，管耗均很小。（2）失真小原始音频信号的信息包含在脉冲信号的宽度中（非幅度）；放大过程中脉冲信号幅度上的失真并不会使原始音频信号产生失真。三、特点本章小结（1）在电源电压确定的情况下，功放的组成原则是在失真允许的范围内尽可能地提高输出功率和转换效率。（2）由于功放管工作在大信号极限状态，通常采用图解法分析（3）低频功放管常见的工作状态有甲类、乙类、甲乙类。其中乙类的转换效率高。为进一步提高效率，还可使功放管工作于丁类放大状态。本章小结（4）乙类OCL的参数估算：本章小结（5）乙类OCL的功放管的选择：PCM>0.2P