电子技术与应用项目化教程 课件 项目9 第1讲 功率放大电路概述

项目九——功率放大电路概述（第1讲）项目9

功率放大电路概述（第1讲）

内容：功率放大电路特点和类型及特点。学习要求：

目的：了解功率放大电路特点，掌握其类型和特点。重点：功率放大电路特点和类型及特点。难点：功率放大电路类型和特点。（1）尽可能大的输出功率。1.功率放大电路的特点（2）尽可能高的功率转换效率。所谓效率，就是负载得到的交流信号功率与电源供给的直流信号功率之比值。为了保证功率管的安全工作，一般给大功率管加装散热片。如何提高效率、减小功耗是功率放大器的一个重要问题。（3）非线性失真要小效率、失真和输出功率这三者之间互相影响。欲提高效率，需要从两方面着手：一是增加放大电路的动态工作范围来增加输出功率；二是减小电源供给的功率。（4）散热要好在功率放大电路中，电源提供的直流功率，一部分转换为负载的有用功率，而另一部分则消耗在功率管上，使功放管发热，导致功放管性能变差，甚至会烧坏。为了使功放管输出足够大的功率，又保证其安全可靠地工作，大部分的功放管都需要额外安装散热片来加以保护。2.功率放大电路的类型可分为低频功率放大器（简称低放）和高频功率放大器（简称高放）。低放主要用于放大音频信号(几十Hz～几十kHz),如扬声器发出的声音等；高放主要用于放大射频信号(几百kHz～几千kHz甚至几万MHz)，如手机信号塔，广播电视台发射的信号等。

1）按放大信号频率分

2）按导通角分

所谓导通角，亦即导通时间，是指信号在一个周期内使得功放管导通的时间或角度。功率放大器按照导通角可分为甲类、乙类和甲乙类等三种。

功率放大电路有3种工作状态：甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到50％。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。

2．乙类互补对称放大电路

为了提高功放的效率，应使它工作在乙类状态下，但输出信号只有半个周期的波形，造成严重的失真。如果让两个特性相同的晶体管都工作在乙类状态，且使它们在信号的正、负半周轮流导通，即一个晶体管负责放大正半周的信号，另一个晶体管负责放大负半周的信号，然后把两管的输出波形在负载上叠加起来，就可以得到一个完整的输出波形，于是解决了效率与失真的矛盾。如图2.19所示。。图2.19乙类互补对称功放电路

电路工作于乙类状态，两管轮流工作，从而在负载上得到一个完整的波形，故称为互补推挽电路；又因两管互补对方的不足，工作性能对称，故又称为互补对称功放电路。此外，该电路也常称为OCL（OutputCapacitorless）电路。3．甲乙类互补对称功率放大电路

由于乙类功放为零偏置（静态电流为0），而晶体管V1、V2都存在导通电压Uon，则当输入信号为正半周时，其瞬时值ui＜Uon期间V1仍不导通；当输入信号为负半周时，其瞬时值＜Uon期间V2也不导通。因此＜Uon期间V1、V2均不导通，负载电流iL基本上为0，uo产生了失真。由于这种失真发生在两管交接工作的时刻，所以称为交越失真（交叉失真），如图2.21所示。图2.20甲乙类互补功放电路

图2.21交越失真

为了克服交越失真，可给两互补管的发射结设置一个很小的正向偏压，使它们在静态时处于微导通状态，因而静态工作点很低。这样既消除了交越失真，又使功放工作在接近乙类的甲乙类状态，效率仍然很高，如图2.20所示。在图2.20中，静态时二极管V4、V5两端的压降加到V1、V2的基极之间，使两管处于微导通状态；当信号输入时，由于V4、V5对交流信号近似短路（其正向交流电阻很小），因此加到两管基极的正、负半周信号的幅度相等。3.3.2互补对称功率放大电路1．OCL功率放大电路静态（ui=0）时，UB=0、UE=0，偏置电压为零，V1、V2均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。动态（ui≠0）时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在ui的负半周V2导通而V1截止，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。可见在输入信号ui的整个周期内，V1、V2两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称电路。由于V1、V2都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载RL直接匹配。从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。2．OTL功率放大电路因电路对称，静态时两个晶体管发射极连接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2、RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压基本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP一.复合管的结构2.9.1复合管二.复合管的构成规则1.B1为

B，C1或E1接B2

，C2、E2为

C或E；2.应保证发射结正偏，集电结反偏；3.

复合管类型与第一只管子相同。(a)电路(b)计算复合后rbe电路(c)复合后的等效管三.复合管的及rbe(1)复合管的等效