第二节 互补对称式功率放大电路

1、第二节 互补对称式功率放大电路,电路的组成和工作原理,互补对称电路主要参数的估算,共集电路射极跟随器 构成的甲类功放,静态分析：,静态工作点在输出曲线中点,ICQ静态工作电流,PVQ : 电源提供的静态总功率,PTQ三极管所耗功率,PRLQ负载所耗直流功率,动态分析：交流信号所耗功率,PO交流输出功率，为面积QED,PT管子所耗热功率,交流总功率为有效值的积,电源提供的功率PV,结论：对于甲类功放来说 整个信号周期均有电流流过管子。IC始终不为零。 跟随器为负反馈电路，失真小。电压没放大，但功率放大。 在没有交流信号时，功率降在管子和电阻上。有信号时，部分转换为有用信号，信号越大，有用功率就越

2、大。 输出功率较小，转换效率低。最大25%。,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，或互补对称射极输出器。,缺点：但又会引起截止失真。,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。,类型：,1. 电路组成,基极输入,射极输出,静态时为0电平，Q点Ic 为， 两管均处于截止点。,PNP,NPN,负载,OCL 乙类互补对称电路,少了点什么？,两个射极输出器组合而成,射极输出器输出电阻小、带负载能力强,R,L,

3、u,i,-V,CC,+V,CC,VT,1,VT,2,u,o,i,E1,i,E2,R,L,u,i,+V,CC,VT,1,u,o,R,L,u,i,-V,CC,VT,2,u,o,2. 工作原理,乙类互补功率放大电路,在负载上合成波形,3. 分析计算,（1）最大不失真输出功率Pomax,实际交流输出功率Po,图形分析演示,单个管子在交流半个周期内的管耗,（2）管耗PT,两管管耗,最大管耗与最大输出功率的关系,选管依据之一,（3）电源供给的功率PV,当,（4）效率,当,4. 功率与输出幅度的关系,Po和PT1与Vom/VCC，即与Vom不是线性关系。,此时发生最大管耗,图形演示,乙类互补对称电路存在的问

4、题,实际测试波形,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。,在回路中， VBE1 + VBE2=VD

5、1+VD2+VR2,交流相当于短路,E,为解决交越失真，可给三极管加一点偏置，使之工作在微导通状态甲乙类。,容易引起热击穿！,改用三极管的Vce代替,11.1,VBE可认为是定值,R1、R2不变时，VCE也是定值，可看作是一个直流电源，这样改变R1和R2的值就可以得到我们所需要的在VT1和VT2间的电压值。防止热击穿。注意：T1，T2，T3一定放在一起做热耦合。,Ucem = VCC UCES,静态时 UCE1 = +VCC , UCE2 = VCC,OCL甲乙类互补对称电路,OCL电路存在的主要问题： 两个三极管的发射极直接连到负载电阻上， 如果静态工作点失调或电路内元器件损坏， 将造成一个

6、较大的电流长时间流过负载， 可能造成电路损坏。 为了防止出现此种情况，实际使用的电路中， 常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。,Ucem= VCC - UCES,OCL互补对称电路主要参数的估算,iC2,B,OCL互补电路的图解法,Ucem = VCC UCES,（1）最大输出功率,当满足条件UCES VCC时,（2）效率,当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。,当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为,如果考虑三极管的饱和管压降UCES ，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。,（3）功率三极管的极限参数

7、,在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：, 集电极最大允许电流ICM,因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：,在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,当VT2导通时， VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2接近饱和时， VT1的集电极电压达到最大，此时：,或,因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为,当忽略三极管的管压降时，PTm = 0.2 Pom,在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率

8、PT ，使管子发热。, 集电极最大允许热耗散功率PCM,当集电极输出电压的峰值UOM 0.6 VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT= PTm 。此时，每个三极管的最大管耗为:,因此，在选择功率三极管时应满足，PCM 0.2 Pom,OTL 功率放大电路,“OTL”是无输出变压器推挽功率放大器的意思。实际OTL电路不仅不使用输出变压器，而且还去掉了输入变压器。它具有频响宽、失真小、输出功率大，有利小型化，集成化的优点，在声频放大等方面应用日益广泛。 互补对称电路的工作原理可用左图来说明。从推挽和波形合成的角度来讲，这种互补电路利用PNP型晶休管和NPN型晶体管导电极性相反的特点，将两管分别

9、接成射极输出器的形式；两管在作用上互相补偿，在连接上互相对称。它不需要专门的倒相电路就可以完成正负半周的放大，并在负载上合成波形。从理论上讲，这种电路需要使用正负两组电源。 实用电路一般都采用一组电源供电。这时要在RL和两管发射极间串联一个大容量电解电容器，利用电容器充电后的直流电压代替一组电源。同时电容器又为交流信号提供了通路。另外，还要给两管的基极加一定偏置，以避免产生交越失真。C的容量必须足够大。,无输出变压器的互补对称功放电路 （OTL电路）,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,OTL 乙类互补对称电路,R1 和 R2确

10、定放大电路的静态电位。,动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。,C的容量一般要有几百微法到几千微法。它的大小直接影响放大器的低频响应。,K,K,VK=VR1+0.7 = VCC/2,甲乙类单电源互补对称电路（OTL）,动态工作情况,电容上电压,的条件下，电容C才可充当负电源的角色？（510倍）,此电路存在的问题：,K点电位受到频率限制,三、动态分析,设输入端在 0.5VCC 直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， VC基本保持在0.5VCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=

11、0.5VCC,D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流防止热击穿，起保护作用。,Ucem= ,2,VCC,UCES,若VT1、VT2对称,OTL互补对称电路主要参数的估算,2,（1）最大输出功率,（2）效率,（3）功率三极管的极限参数, 集电极最大允许电流ICM, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,PTm = 0.2 Pom, 集电极最大允许耗散功率PCM,带自举电路的单电源功放,常规电路下，由于Rc3的存在 使得Ib*Rc3+Vbe1的值远大于Vces，故输出幅值低于Vcc/2 ,实际输出的K

12、点的最大电位是： Uom+=Vcc/2-Ib*Rc-Vbe1 而不是： Uom+=Vcc/2-Vces 问题关键，是断开直接的偏置回路，提高D、K点的电位。 解决办法：增加R3、C3、R2支路（自举电路）。 当Ib1增大时，I3加大，同时也给C3充电，使得D点的电位不断加大，直至超过Vcc。对T1管子来说，相当于增加了外加的偏置电源（自举电源）。而在交流下，C3短路，K、A、D点为同一电平，K点的输出直接提高了T1管基极的电位。自举,带自举电路的单电源功放,静态时,C3充电后，其两端有一固定电压,动态时,C3充当一个电源,主要环节有 ：,(1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (

13、2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,实际的OCL功放电路,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,UBE 倍增 电路,恒流源 负载,准互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路：,第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,集成运放内部的功率放

14、大输出级,1. 输入级是单入单出长尾差放电路。静态时，C1开路，输入输出之间由R13引入的直流负反馈起作用，稳定Q1。另外，静态时调节R1UC1，UC3，UK相应变化UK=0。R5、C3作用：改善音质，抑制啸叫、尖叫等。 2. 驱动级是VT3组成的共射放大电路，电压增益可达几十倍以上。由于R13、C1、R4引入了深度电压串联负反馈，故驱动级中用C5消振，属于电容滞后补偿。 3. 输出级以下各组元器件的作用是： （1）VD1、VD2、R6*（待调定）小偏置电路，使VT4VT7工作在甲乙类且接近于乙类。 （2）R8、R10 分ICEO4、ICEO6之电流，提高复合管的温度稳定性。 （3）R9、R1

15、1 分别引入小电流串联负反馈，以减小一点非线性失真，改善 uo波形。 （4）R、 C2 容性补偿支路，抵消RL的部分感性负载作用，使扬声器免遭过压损坏。 （5）FU 1A熔丝，例行短路保护。 动态时，由于小偏压较为稳定，故B4、B6可视为交流等电位，驱动级输出电压 uc3同时加在B4、B6端，这样：uc3正半周，VTA导通，VTB截止，形成uo的正半波； uc3负半周，VTA截止，VTB导通，形成uo的负半波。 4. 自举电容C4的作用：使输出电压幅值UomVCC，提高Po和值。 （1）不接C4时，Uom=VCC- UCES5-UR9 或者 Uom=VCC-UCES7-UR11 （2）接了C4

16、后，Uom=VCC-UCES3-UR7 对比（1）（2）情形可知，由于UCES3（小功率管） UCES5 =UCES7（大功率管），故接了C4比不接C4时Uom更接近于VCC，从而使Po， 。 因为C4的容量较大，M点的交流电位会随着K点电位之升高而自动抬高，故R12、C4支路俗称自举电路。,这是一个采用全互补对称电路驱动方式的OCL功放电路，它是目前中档功放用得较多的一种电路，具有对称性好，频响宽阔，结构简单等特点。其失真度虽不是特别低（0.03%左右)，但电路的转换速率、TIM失真等动态指标却相当好。因而音质很好，是目前制作家用高保真功放的首选电路。,电路的第一级采用互补对称差分电路，每管

17、的静态工作电 流约1mA，选用优质低噪声互补管2SC1815、2SA1015作互补差分对管，有较低的噪声和较高的动态范围。 第二级电压放大采用互补推挽电路，采用高互补对管A180、C180，工作电流约5mA，两管集电极串接的二极管和电阻为缓冲级提供约1.6V 的偏置电压。 两只互补中功率对管TIP41C、TIP42C构成射随器缓冲驱动级，增设射随器缓冲驱动级是现代OCL电路的主要特点之一，它主电压放大级具有较高的负载阻抗，有稳定而较高的增益。同时它又为输出级提供较低的输出内阻，可加快对输出管结电容Cbe 的充电速度改善电路的瞬态特性和频率特性。该级的工作电流也取得较大，一般为（10-20）mA

18、，个别机型甚至高达100mA,与输出级的静态电流差不多，可使输出级得到充分驱动。其发射极电阻采用了悬浮接法（不接中点），可迫使该级处于完全的甲类工作状态，同时又为输出级提供了偏置电压。 输出级为传统的互补OCL电路，采用了FT高达60MHz的三肯大功率互补对管C2922、A1216，静态电流约为100mA。输出端与输入级反相输入端接有环路负反馈网络，并将电路增益设定为31倍。,单电源供电的OTL功放电路 它与OCL功放的区别仅在于输出端接有1000F的大电容C2。就该电路的直流通路来说，只要VT4、VT5两管特性相同，K点电位便为VCC/2，因为C2上直流电压可被充电到VCC/2；就交流通路来说，C2可视为短路，只要时间常数RLC2选得比正弦输入信号的最大周期大得多，那么用C2和单电源+VCC，就可代替双电源VCC的作用,解决单个功率晶体管hfe小的方法-复合管,第三节 采用复合管的互补对称式放大电路,复合管的接法及其和rbe,复合管组成的互补对称放大电路,一、复合管的接法及其和rbe,复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。 无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时， 首先，在前后两个三极管的连接关系上，