功率放大电路

功率放大电路功率放大器的特点和分类1．电路特点功率放大器作为放大电路的输出级,具有以下几个特点:(1)由于功率放大器的主要任务是向负载提供一定的功率,因而输出电压和电流的幅度足够大;(2)由于输出信号幅度较大,使三极管工作在饱和区与截止区的边沿,因此输出信号存在一定程度的失真;(3)功率放大器在输出功率的同时,三极管消耗的能量亦较大,因此,不可忽视管耗问题。互补对称功率放大电路

2.电路要求根据功率放大器在电路中的作用及特点,首先要求它输出功率大、非线性失真小、效率高。其次,由于三极管工作在大信号状态,要求它的极限参数ICM、PCM、U（BR）CEO等应满足电路正常工作并留有一定余量,同时还要考虑三极管有良好的散热功能,以降低结温,确保三极管安全工作。

3．功率放大器的分类根据放大器中三极管静态工作点设置的不同,可分成甲类、乙类和甲乙类三种,如图3－30所示。图3－30功率放大器工作状态的分类（a）甲类;（b）乙类;（c）甲乙类甲类放大器的工作点设置在放大区的中间,这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态,输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）,缺点是三极管有较大的静态电流ICQ,这时管耗PC大,电路能量转换效率低。乙类放大器的工作点设置在截止区,这时,由于三极管的静态电流ICQ=0,所以能量转换效率高,它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大,非线性失真大。甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区,即三极管处于微导通状态,这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题,且能量转换效率也较高,目前使用较广泛。乙类互补对称功率大电路（OCL电路）

1.电路组成及工作原理图3－31是双电源乙类互补功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路,简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。电路工作原理如下所述。图3－31双电源乙类互补对称功率放大器

1）静态分析当输入信号ui=0时,两三极管都工作在截止区,此时IBQ、ICQ、IEQ均为零,负载上无电流通过,输出电压uo=0。2）动态分析（1）当输入信号为正半周时,ui>0,三极管V1导通,V2截止,V1管的射极电流ie1经＋ＵCC自上而下流过负载,在RL上形成正半周输出电压,uo>0。（2）当输入信号为负半周时,ui<0,三极管V2导通,V1截止,V2管的射极电流ie2经－ＵCC自下而上流过负载,在RL上形成负半周输出电压,uo<0。

2.功率和效率的估算1）输出功率Po

（3.4.1）（3.4.2）若忽略UCES,则2）直流电流提供的功率PDC

（3.4.3）（3.4.4）3）效率（3.4.5）4）管耗PC

可求得当Uom=0.63UCC

时,三极管消耗的功率最大,其值为

（3.4.6）（3.4.7）每个管子的最大功耗为

3.交越失真及其消除1)电路演示演示电路如图3－32（a）所示,在放大器的输入端加入一个1000Hz正弦信号,用示波器观察输出端的信号波形,发现输出波形在正、负半周的交界处发生了失真,观察到的输出波形如图3－32(b)所示。

图3－32交越失真波形（a）演示电路;（b）输出波形产生这种失真的原因是:在乙类互补对称功率放大电路中,没有施加偏置电压,静态工作点设置在零点,UBEQ=0,IBQ=0,ICQ=0,三极管工作在截止区。由于三极管存在死区电压,当输入信号小于死区电压时,三极管V1、V2仍不导通,输出电压uo为零,这样在输入信号正、负半周的交界处,无输出信号,使输出波形失真,这种失真叫交越失真。为了解决交越失真,可给三极管加适当的基极偏置电压,使之工作在甲乙类工作状态,如图3－33所示。

图3－33甲乙类互补对称功率放大电路二、复合互补对称功率放大电路

1、复合管

复合管是由两个或两个以上三极管按一定的方式连接而成的。复合管又称为达林顿管。图3－34是四种常见的复合管,其中图（a）、（b）是由两只同类型三极管构成的复合管,图（c）、（d）是由不同类型三极管构成的复合管。组成复合管时要注意两点:①串接点的电流必须连续;②并接点电流的方向必须保持一致。

图3－34复合管(a)NPN型(一);(b)PNP型(一);(c)NPN型(二);(d)PNP型(二)复合管的电流放大系数,近似为组成该复合管各三极管β的乘积,其值很大。由图3－34(a)可得复合管虽有电流放大倍数高的优点,但它的穿透电流较大,且高频特性变差。为了减小穿透电流的影响,常在两只晶体管之间并接一个泄放电阻R,如图3－35所示,

R的接入可将V1管的穿透电流分流,R越小,分流作用越大,总的穿透电流越小。当然,R的接入同样会使复合管的电流放大倍数下降。

图3－35接有泄放电阻的复合管

三、单电源互补对称功率放大电路（OTL电路）

双电源互补对称功率放大电路由于静态时输出端电位为零,负载可以直接连接,不需要耦合电容,因而它具有低频响应好、输出功率大、便于集成等优点,但需要双电源供电,使用起来有时会感到不便,如果采用单电源供电,只需在两管发射极与负载之间接入一个大容量电容C2即可。这种电路通常又称无输出变压器的电路,简称OTL电路。图中R1、R2为偏置电阻。适当选择R1、R2阻值,可使两管静态时发射极电压为UCC/2,电容C两端电压也稳定在UCC/2,这样两管的集、射极之间如同分别加上了UCC/2和-UCC/2的电源电压。在输入信号正半周,V3导通,V4截止,V3以射极输出器形式将正向信号传送给负载,同时对电容C2充电;在输入信号负半周时,V3截止,V4导通,电容C2放电,充当V4管直流工作电源,使V4也以射极输出器形式将负向信号传送给负载。这样,负载RL上得到一个完整的信号波形。

电容C2的容量应选得足够大,使电容C2的充放电时间常数远大于信号周期,由于该电路中的每个三极管的工作电源已变为UCC,已不是OCL电路的UCC了与OCL电路相比,OTL电路少用了一个电源,但由于输出端的耦合电容容量大,则电容器内铝箔卷绕圈数多,呈现的电感效应大,它对不同频率的信号会产生不同的相移,输出信号有附加失真,这是OTL电路的缺点。电路举例

1.OTL互补对称功率放大电路

图3－36为一典型OTL功率放大电路。该电路工作原理简述如下:静态时,由R4、R5、V1、V2、V3提供的偏置电压使V4~V7微导通,且ie6=ie7,中点电位为UCC/2,uo=0V。

当输入信号ui为负半周时,经集成运放对输入信号进行放大,使互补对称管基极电位升高,推动V4、V6管导通,V5、V7管趋于截止,ie6自上而下流经负载,输出电压uo为正半