功率放大电路课件

8.1功率放大电路的一般问题8.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.2射极输出器——甲类放大的实例功率放大电路2023/3/1412

本章主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。重点掌握功率放大电路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态，最大输出功率，转换效率，交越失真等；掌握OCL的工作原理，并估算最大输出功率和效率；正确理解功率放大电路的组成原则，了解功放管的选择方法。内容简介2023/3/1428.1功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象2023/3/1435

无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。

主要技术指标

（1）最大输出功率Pom：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。

分析方法

工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。

（2）转换效率

：最大输出功率与电源提供的功率之比，即

思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2023/3/1452.功率放大电路提高效率的主要途径降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°2023/3/1462023/3/147

三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：乙类：

=180°甲类：

=360°甲乙类：180°<

<

360°丙类：

<

180°思考题：功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？

思考题：功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？提高功放效率的根本途径是减小有源器件（功放管）的静态功耗。2.晶体管的工作状态

采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产生交越失真。有时用半导通角φ工作状态分析消耗在功放管的静态功耗。2023/3/1479复习：L的电源供给功率图-----P=0，储能元件2023/3/1491010图功率放大器工作状态的分类（a）甲类;（b）乙类;（c）甲乙类本质：静态工作点不同，--------偏置不同甲、乙类、甲乙类示意图2023/3/141011甲乙丙状态的转移特性甲类的输出特性思考：图中那些曲线应该用虚线表示乙类：

=180°甲类：

=360°甲乙类：180°<

<

360°丙类：

<

180°2023/3/141113(b)乙类class-Bamplifier(c)甲乙类class-ABamplifier(d)丙类class-Camplifier4.分类(a)甲类class-Aamplifier四类电路的效率示意图★★由图知：黄色为电源输出平均功率，四类电路静态（平均）功耗逐步减小，效率提高。2023/3/14131414几类放大器的特点

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。2023/3/14148.2射极输出器——甲类放大的实例简化电路带电流源详图的电路图特点：电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。2023/3/14158.2射极输出器——甲类放大的实例VBIAS=0.6V当放大器的效率效率低，最高为50%分子为最大输出功率，分母为VCC和VEE的功耗，详细见书P3852023/3/14172023/3/141818

由上式可知，功率放大器工作在甲类状态时，其电源供给的功率PU与输出信号电流iC无关，仅与电源电压UCC及静态电流ICQ有关（见R示意图）。也就是说，无论有无信号输入输出，电源供给的功率是固定不变的。由此也可得出，这类功放电路的输出功率越大，电路的效率就越高(已知P=IV)。当电路输出最大不失真功率时效率最高，（此时，静态工作点在正中，输出信号I与U的最大值就是UCC与ICQ，所以最大不失真功率为0.5UCC×ICQ），其值为η-m=

此式说明-----甲类功率放大器的最高效率为50%，实际效率要低得多。。2、如果要增大输出功率,在回路等效总电阻不变的情况下：需增大Ic1m；如果要提高效率,需增大Ic1m或减小IC0(减小IC0即减小集电极功耗,通过降低静态工作点获得）甲类放大小结（效率)PU=P0+PC2023/3/14188.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.3.2分析计算8.3.1电路组成8.3.3功率BJT的选择8.3.4

具体功率放大电路2023/3/14198.3.1电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。1.电路组成2.工作原理两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。2023/3/14218.3.2分析计算图解分析2023/3/142223乙类输出波形示意图2023/3/14231.最大不失真输出功率Pomax实际输出功率8.3.2分析计算忽略VCES时2023/3/14258.3.2分析计算单个管子在半个周期内的管耗2.管耗PT两管管耗2023/3/1426功率与输出幅度的关系8.3.3功率BJT的选择2.功率BJT的选择（自学）end2023/3/142930无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路

优点：直接耦合，频率特性好。

缺点：双电源供电。1.电路组成及工作原理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。OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容8.3.4

具体功率放大电路2023/3/14303131OCL电路工作过程分析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。2023/3/14312023/3/143232图双电源乙类互补对称功率放大器

OCL电路工作示意图2023/3/14328.4甲乙类互补对称功率放大电路8.4.2甲乙类单电源互补对称电路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路2023/3/14338.4.1甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题2023/3/14342023/3/143535演示演示电路如（a）图,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(b)所示。交越失真现象演示2023/3/14353636产生交越失真的原因为了解决交越失真,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,如图所示。

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。2023/3/143637甲乙类OCL功率放大电路的组成及工作原理

因为在ui为0时，晶体管已经处于微导通状态，其导通角大于180o，所以晶体管处于甲乙类工作状态。

思考题：

ui可以从A或B点接入吗？8.4.1甲乙类双电源互补对称电路12023/3/14378.4.1甲乙类双电源互补对称电路1.静态偏置可克服交越失真2.动态工作情况二极管等效为恒压模型设T3已有合适的静态工作点交流相当于短路2023/3/14383939

图甲乙类互补对称功率放大电路28.4.1甲乙类双电源互补对称电路22023/3/1439VBE4可认为是定值

R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。8.4.1甲乙类双电源互补对称电路32023/3/14408.4.2甲乙类单电源互补对称电路4静态时，偏置电路使VK＝VC≈VCC/2（电容C充电达到稳态）。

当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。只要满足RLC>>T信，电容C就可充当原来的－VCC。计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。2023/3/144142OTL乙类互补对称功率放大电路

优点：单电源供电。

缺点：低频特性差。

静态时：基极电位为Vcc/2（分析见书P393），由于电容C的容量足够大，若初始电压为0，则基极电压通过T1管发射结向电容C充电，直至近似为Vcc/2为止。输入信号正半周电源Vcc向T1管供电；输入信号负半周，电容C上存储的电压Vcc/2向T2管供电。OutputTransformerLessAmplifier无输出变压器（书P393）2023/3/144243

本讲主要掌握以下内容：功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不失真信号功率和具有尽可能大的转换效率；晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；工作状态的本质是什么？理想效率的计算（50%，78%，65%）。

OCL电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。了解OTL电路的定义，工作原理，优缺.小结2023/3/144344

无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。

主要技术指标

（1）最大输出功率Pom：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。

分析方法

工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。

（2）转换效率

：最大输出功率与电源提供的功率之比，即

思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2023/3/14441.功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。(2)要解决的问题提高效率减小失真管子的保护一般直接驱动负载，带载能力要强。45（3）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，也保护使用者。

（1）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输出功率（P0大时，效率影响大）；

（2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。2023/3/1445功率放大电路提高效率的主要途径降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°2023/3/144647(b)乙类class-Bamplifier(c)甲乙类class-ABamplifier(d)丙类class-Camplifier4.分类(a)甲类class-Aamplifier四类电路的效率示意图★★由图知：黄色为电源输出平均功率，四类电路静态（平均）功耗逐步减小，效率提高。2023/3/14474848几类放大器的特点

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。用互补电路弥补。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交越失真问题,且能量转换效率也较高,目前使用较广泛。2023/3/1448

四类电路分析：a与b比静态（平均）功耗减小，输出功率不变，效率提高c与d比静态（平均）功耗不变，输出功率提高，效率提高2023/3/1449乙类电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。1.电路组成2.工作原理两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。正半周负半周2023/3/145051乙类输出波形示意图----两管轮流导通，合成完整波形2023/3/145152无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路

优点：直接耦合，频率特性好。

缺点：双电源供电。电路组成及工作原理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。OutputCapacitorLess的缩写，意为