模拟电子技术项目教程（第2版） 课件 项目7 功率放大电路的制作与调试

项目7功率放大电路的制作与调试主讲教师：XXX＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR例：扩音系统实际负载什么是功率放大电路？

在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路功率放大电压放大信号提取项目引入一般，耳机推动功率毫瓦级/s/blog_4ad042e50102dw4b.html

功率放大电路与电压放大电路的区别：

电压放大电路的主要任务是使负载得到不失真的电压信号，主要讨论Au，Ri和Ro等。因是小信号放大，所以电路中的放大管工作在Q点附近小范围之内，分析方法以微变等效电路为主。

项目引入

功率放大电路的主要任务是向负载提供足够大的功率，通常放在最后一级，因此是在大信号状态下工作。

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使

输出信号电压大；

输出信号电流大。

7.1功率放大电路主讲教师：XXX5功率放大电路01020304功率放大电路的特点功率放大电路的分类功率放大电路的分析方法提高输出功率及提高效率的方法501功率放大电路的特点第一部分

要求功放管要有很大电压变化范围和电流变化范围，所以它们常常工作在大信号状态或接近极限运用状态。功放电路的特点和要求（1）输出功率尽可能大

在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有

过电流区过电压区过损耗区它们的位置如图所示。

过电流区是由最大允许集电极电流确定的，超过此值，β将明显下降。

过电压区由c、e间的击穿电压U(BR)CEO所决定。过损耗区由集电极功耗PCM所决定。三极管的极限工作区

（2）非线性失真要小（3）效率要高（4）功放管散热和保护问题不可忽视（5）分析方法（作图法/公式法）功放电路的特点和要求从能力转换的观点看，功放是将直流电源供给的能量转换成交流电能传送给负载，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命02功率放大电路的分类第二部分

通常根据放大管的工作状态不同，分为甲类、乙类和甲乙类功率放大电路。

特点：静态工作点位于特性曲线的放大区，工作点的移动范围也在放大区，整个信号周期内均有电流ic通过功放管。在没有输入信号时，这些功率全部消耗在管子和电阻上，管功耗较大(故管耗和静态量有很大关系)，效率低。

特点：整个信号周期内，只有半个周期有电流ic通过功放管，静态工作点位于截止区边缘。在没有信号输入时，功放管的静态集电极电流ICQ=0，没有管耗，效率高。

通常根据放大管的工作状态不同，分为甲类、乙类和甲乙类功率放大电路。

特点：整个信号周期内，大于半个周期有电流ic通过功放管，静态工作点位于放大区靠近截止区的位置。因为静态时ICQ的值比较小，所以管耗较小，效率也比较高。

通常根据放大管的工作状态不同，分为甲类、乙类和甲乙类功率放大电路。甲类功放：在一个信号周期内都有电流流过晶体管管子的导通角为360o

静态电流大于0，管耗大，效率低乙类功放：管子只有半个周期内导通管子的导通角为180o静态电流等于0，效率高甲乙类功放：管子的导通时间大于半个周期但是小于一个周期，比半个周期稍多些功率放大器的分类小结：03功率放大电路的分析方法第三部分1.甲类功率放大器研究甲类放大的效率（图示法）：

为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真)，静态工作点（Q）设置靠近负载线的中部。若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：uo的取值范围QIcuCEUCC直流负载线交流负载线UCEQ=0.5UCC

静态工作点：1.甲类功率放大器（1）

直流电源输出的功率（2）

最大负载功率（3）

最大效率1.甲类功率放大器甲类功率放大器小结：1、输入信号越大，Po,越大。2、Po越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。3、甲类功放最高效率为25%。4、要管子安全工作的重要参数是最大功耗PCM、最大集电极电流ICM和击穿电压U(BR)CEO。5、效率低的主要原因是静态损耗大。04提高输出功率及提高效率的方法第四部分甲类功率放大器存在的缺点：

输出功率小静态功率大，效率低

怎样提高输出功率?讨论问题1:如何解决效率低的问题？讨论问题2:方法1：提高电源电压选用耐压高、容许工作电流大和耗散功率大的器件方法2：改善器件的散热条件直流电源提供的功率，大部分消耗在放大器件上，使器件的温度升高，如果散热条件不好，极易烧坏放大器件。实际应用时需加散热片或用风扇冷却。

怎样提高输出功率？讨论问题1:如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，又称乙类双电源互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。讨论问题2:7.2常用功率放大电路主讲教师：XXX＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR24常用功率放大电路010203OCL乙类双电源互补对称功率放大电路OCL甲乙类双电源互补对称功率放大电路OTL功率放大电路2401OCL乙类双电源互补对称功率放大电路第一部分结构特点:互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR互补推挽电路

无输出电容乙类互补功率放大电路

（OCL电路）1.电路组成

省去输出端大电容的功率放大电路通常称为OCL电路。其中，OCL是OutputCapacitorLess的缩写。

OCL是OTL电路的升级，优点是省去了输出电容，使系统的低频响应更加平滑。缺点是必须用双电源供电，增加了电源的复杂性。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR互补推挽电路

无输出电容乙类互补功率放大电路

（OCL电路）1.电路组成

2.工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2

静态时：ui=0V

ic1、ic2均=0（乙类工作状态）

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR因此，不需要隔直电容。T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。

当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。

当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。2.工作原理乙类放大的输入输出波形关系:交越失真死区电压uiuou"ou´o

´tttt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。ui-USCT1T2uo+USCRLiL静态电流

ICQ、IBQ等于零；

------管耗低(2)每管导通时间等于半个周期；

------输出功率大(3)存在交越失真。乙类放大的特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL假设ui为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：ui-USCT1T2uo+USCRLiL3.电路指标计算（1）求最大输出功率负载上得到的最大功率为：则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：若忽略晶体管的饱和压降:ULmaxui-USCT1T2uo+USCRLiL（1）求最大输出功率（2）求直流电源输出功率

每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：

tic效率为：判断对错：在甲乙类功率放大电路中，输出功率最大时，功率管最热。（3）求最大效率（4）求最大管耗4.OCL电路中晶体管的选择

最大管压降：

集电极最大电流：最大管耗：功放管选择原则：ui-USCT1T2uo+USCRLiL小结:1、乙类功放两管轮流工作2、3、功放管选择原则：4、例1：在OCL推挽功率放大电路中，电压电压UCC均为6V，要求输出最大功率为2.25W，则负载阻抗应选多大(忽略饱和压降UCES)?解：在OCL电路中，最大不失真输出时最大输出功率为：所以：因为：例2：在OCL推挽功率放大电路中，直流电压UCC为18V，负载电阻RL=8Ω，功放管的饱和压降UCES=1V，求电路的最大输出功率、效率和总管耗。解：在OCL电路中，最大不失真输出时最大输出功率为：直流电源提供的总功率：例2：在OCL推挽功率放大电路中，直流电压UCC为18V，负载电阻RL=8Ω，功放管的饱和压降UCES=1V，求电路的最大输出功率时直流电源提供的功率、效率和总管耗。解：所以：最大管功耗为：设计题：设计一个OCL功放电路，要求电路无交越失真,直流供电电压VCC=±18V、RL=8Ω、VCES=2V，画出电路图，并求Po、h、Pvui+-+VCC-VCCuo当

ui=0时，IB=0ui死区电压死区电压iL5.乙类功率放大器中的交越失真

严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导通。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。5.乙类功率放大器中的交越失真

tuo交越失真uit消除交越失真方法消除交越失真的OCL电路——提高晶体管基极电位5.乙类功率放大器中的交越失真

02OCL甲乙类双电源互补对称功率放大电路第二部分静态时:

T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态动态时：设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2

基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。1.基本电路结构和原理电路中增加R1、R2、

D1、D2、R3支路OCL甲乙类双电源互补对称功率放大电路利用uBE扩大电路进行偏置的互补对称电路2.其它类型的OCL甲乙类功率放大电路利用uBE扩大电路进行偏置的互补对称电路

——目的：消除交越失真uB1ttiBIBQ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。iCQuceVCCIBQ2.其它类型的OCL甲乙类功率放大电路例3:如图所示电路中,已知Vcc=15V,输入电压为正弦波,晶体管的饱和管压降VCES=3V,电压放大倍数约为1,负载电阻RL=4

。（1）求负载上可能获得的最大功率和效率；（2）若输入电压最大值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少？解：（2）最大输出功率功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身的参数外，还与输入电压是否足够大有关。例3:如图所示电路中,已知Vcc=15V,输入电压为正弦波,晶体管的饱和管压降VCES=3V,电压放大倍数约为1,负载电阻RL=4

。（1）求负载上可能获得的最大功率和效率；（2）若输入电压最大值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少？练习题：

在下图所示电路中，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。试问：（1）最大输出功率Pom和效率η各为多少？（2）晶体管的最大功耗PTmax为多少？（3）为了使输出功率达到Pom，输入电压的有效值约为多少？

解：（1）最大输出功率和效率分别为（2）晶体管的最大功耗（3）输出功率为Pom时的输入电压有效值带有音调调节的功放电路甲乙类功率放大器电路设计3.复合管互补功率放大电路

（1）复合管-------目的扩大输出电流IBIEIC1IC2IE1=IB2推动管输出管IC增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。

1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合NPN型复合PNP型复合管的特点复合管的β是两个管β1、β2的乘积。复合管的管型取决于推动管。使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一致。（2）带复合管的OCL互补输出功放电路

T1：电压推动级（前置级）

T2、R1、R2：UBE扩大电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。

合理选择R1、R2，b3、b5间可得到UBE2任意倍的电压。＋v－vLRＶＣＣT3TT65oＣＣＶT41T2Ti3RR12R带有音调调节的功放电路Basstreblevolume调试，克服交越失真甲乙类双电源互补对称OCL电路

该电路都不必采用耦合电容，因此电路的低频响应好，便于集成，但电路需要两个电源供电，某些场合使用不方便，为了简化电路，可以采用单电源供电的互补对称功率放大电路。03OTL功率放大电路第三部分单电源OTL互补功率放大电路OTL（OutputTransformerLess）无输出变压器的单电源供电互补对称功率放大器(1)乙类OTL结构特点.单电源供电；.输出加有大电容。（2）工作原理动态时，当输入信号处于正半周时，T1导通，T2截止，ie1流过负载，产生uo,同时对电容充电。当输入信号为负半周时，T1截止，T2导通，电容放电，产生电流ie2通过负载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。UBUA静态时，UB=

UA=VCC/2

，T1、T2截止，即处于乙类工作状态，电容两端的电压为VCC

/2

于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。和双电源供电的乙类功率放大器的计算公式的唯一区别是电源电压，只要将原公式中的用取代即可。

例题：在OTL电路中，VCC均为15V，RL=10Ω,UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电源提供的功率、效率.解：在OTL电路中，最大不失真输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：在OCL电路中，最大不失真输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：适合于作功率输出级。如图所示为OTL低频功率放大器。其中由晶体三极管T1组成推动级（也称前置放大级），T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，它们组成互补推挽OTL功放电路。每一个管子都接成射极输由于出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，例、带有自举电路的OTL，VCC提供的静态电流流经电位器RW2及二极管D，给T2、T3提供偏压。调节RW2，可以使T2、T3得到合适的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。要求输出端中点A的电位静态时可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入交、直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。克服交越失真的OTLC2和R

构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。电路的自举措施若无电容C2的作用，随着输入电位UB的提高，通过电容RC1的电流逐渐减小，二极管上压降减少，故功放管静态输入电压UBE减少，UA电势减少。故输出正向幅度下降。练习题电路如下图所示，已知T1和T2的饱和管压降∣VCES∣=2V，直流功耗可忽略不计。回答下列问题：①R3、R4和T3的作用是什么？②负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率η各为多少？③设最大输入电压的有效值为1V，R1=1KΩ，为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V，电阻R6至少应取多少千欧？

④该电路有反馈吗?若有，反馈阻态是什么？

7.3集成功率放大电路主讲教师