功率放大电路课件

功率放大电路

5.1功率放大电路的一般问题

主要向负载提供功率的放大电路称为功率放大电路。功率放大电路和电压放大电路所完成的任务不同，对电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，主要讨论的是电压增益、输入和输出电阻等。功率放大电路则主要要求获得一定的不失真(

或失真较小)的输出功率，通常是在大信号

状态下工作，因此它主要讨论的是输出功率、管耗、效率等在电压放大电路中未曾出现的特殊问题，既要求：

(1)输出功率尽可能大；

(2)效率尽可能高；

(3)非线性失真尽可能小；

(4)管耗尽可能小。提高功率放大电路效率的有效途径，主要是降低静态工作点。

根据偏置条件不同，或者说Q点的位置不同，可以用甲类、乙类、甲乙类等来描述放大器的工作状态。(见例题)

甲类：整个周期有电流；失真小，但效率低。乙类：一半时间无电流；效率高但交越失真。甲乙类：少半时间无电流；效率高，可以消除交越失真。

5.2乙类双电源互补对称功率放大电路

5.2.1电路组成及原理由两只性能匹配的功率三极管共有一个射极负载的共集电极电路(射极输出器)组成，如图所示。其中T1和T2分别为NPN管和PNP管构成互补对称电路。静态时两个管子均不取电流，有信号时两个管子轮流导电，各向负载提供半个周期的输出波形，从而形成一种推挽式输出结构。(c)由PNP管组成的射极输出器(a)基本互补对称电路(b)由NPN管组成的射极输出器两射极输出器组成的基本互补对称电路5.2.2性能指标分析计算(见例题)(设输出电压幅值为Vom时)1.输出功率

最大输出功率(见例题)

2.管耗

3.直流电源提供的功率

4.效率5.2.3功率三极管BJT的选择

1.最大允许管耗:(见例题)PCM0.2Pom

2.最大耐压值:V(BR)CEO

2VCC3.最大集电极电流:

5.3甲乙类互补对称功率放大电路

5.3.1甲乙类双电源互补对称电路

电路组成如图所示，在该电路中，T1和T2两管有一定的正偏压，使两管在静态时处于微导通状态，这样可以消除交越失真。但在设置偏压时，应尽可能接近乙类状态，以尽量减小功率和效率带来的负面影响。(见例题)利用二极管进行偏置的互补对称电路

5.3.2甲乙类单电源互补对称电路

如图所示，T3组成前置放大级，T2和T1

组成互补对称电路输出级。静态时，通常K

点电位VK=VC=VCC/2。为了提高电路工作点的稳定性能，常将K点通过电阻分压(R1,R2)与前置放大电路的输入端相连，以引入负反馈。其最终结果是使VK趋于稳定。R1,R2

引入了交流负反馈，改善了性能指标。采用一个电源的互补对称电路的偏置T3

在上图中，假定由于温度的变化使VK

，则

VK

VB3

B3

C3

VC3

VK

电路中电容C的作用：

a.假定信号的半周期中，T1+,T2-,C充电。

b.在信号的下一个周期中，T1-,T2+,VCC断开，

C放电。

例:(北京邮电大学1999年研究生入学试题)OTL互补对称功放如图所示，设电容C足够大，三极管的饱和电压降VCES=1V,问：

(1)按功放分类电路中T1,T2,的工作方式为那种；

(2)电阻R1和D1、D2的作用；

(3)电位器RW的作用；

(4)试求负载RL上得到的最大不失真输出功率Pomax。

解：(1)功率放大器分类通常以输入信号的一个周期中，三极管的导通状态，即导通角

的大小划分：

=2甲类

=乙类

<<2甲乙类

<丙类电路中，T1、T2、的导通角<<2，故为甲乙类方式。

(2)为T1、T2管提供静态偏置电压，动态情况下可消除Ui幅度较小时由于三极管的死区而引起的交越失真。

(3)调节电位器使三极管T1、T2基极B1、B2间有一合适的电流

D和压降VB1B2,压降VB1B2确保T1、T2管在静态时处于导通状态。另外调整Rw可使电容C两端的电压为0.5VCC。

(4)最大不失真输出功率

例:某OCL互补对称电路如图所示，已知三极管T1、T2的饱和压降为VCES=1V,VCC=18V,RL=8.(1)计算电路的最大不失真输出功率Pomax；

(2)计算电路的效率；

(3)求每个三极管的最大管耗PT；

(4)为保证电路正常工作，所选三极管U(BR)CEO和

CM应为多大；

解：

(4)当一个管子处于饱和状态，另一个管子c、

e间承受的电压接近2VCC所以，

讨论：本题要求掌握双电源互补对称电路在极限状态下Pom、PE和

的计算。要注意题中所用的公式是在极限条件下推导的，实际功放电路可工作于极限状态也可工作在非极限状态，所以要注意公式的应用条件，切勿死套公式。

例:(北方交通大学2000年研究生入学试题)

若要设计一个输出功率为10W的乙类功率放大器，则应选择PCM至少为___W的功率管两只。解：乙类功率放大器最大管耗与电路的最大输出功率的关系是PT1m=0.2Po,要求输出功率为10W,要用两个额定管耗大于2W的管子。

例:(北京理工大学1997年研究生入学试题)如图所示功放电路中，已知运算放大器A具有理想特性，其最大输出电压幅度为±10V,最大输出电流为±10mA,|VBE|=0.7V,输入电压Ui=Uimsint.(1)为获得最大输出功率，三极管的

只至少应为多少；

(2)电路的最大输出功率Pomax(忽略三极管的饱和压降和交越失真)；

(3)该电路的电压放大倍数

解：如图所示电路为运放驱动的OCL功率放大器。

(1)已知运放最大输出为±10V，所以RL最大电压Uom=10-0.7=9.3V

又知最大输出电流为±10mA，所以

(3)电路是电压并联负反馈，

例:某集成电路的输出极如图所示。

(1)分析T4和R1、R2的功能；

(2)T5、T6和R3、R4的工作原理。

解:(1)R1、R2和T4组成VBE扩大电路，在静态时为功放管T2、T3提供小电流偏置，以便较好的克服交越失真；另外当VBE4随温度变化时，具有温度补偿的作用。

(2)电流通过T5,R3和T6,R4分别对T2和T3实现过流保护。当正向输出电流

e2超过额定值时

R3上的压降促使T5正向偏置，T5由截止转为导通，旁路了驱动级向T2提供的基极电流，达到过流保护的目的；同理，当负向电流超过额定值时，T6,R4将对T3起限流保护作用。

例:某功率放大电路如图所示，设T4、T5的饱和压降及静态时的管耗忽略不计，试求：（1）当输入电压有效值Ui=0.5V时，电路的输出功率Po及输出级的效率；（2）当Ui为多大时，电路可获得最大输出功率

Pom，并计算Pom值。

解：本例电路由差动放大器，甲乙类OCL放大器和电压串联负反馈组成。（1