工学功率放大电路

会计学1工学功率放大电路(8-2)分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce第1页/共42页(8-3)(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3)电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Pomax

:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。

提高效率

减小失真

管子的保护输出功率大第2页/共42页(8-4)

射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：问题讨论RbuoUSCuiibRE射极输出器能否做功率放大？第3页/共42页(8-5)RbuoUSCuiRE射极输出器效率的估算：(设RL=RE)uotuoibQicuceUSC第4页/共42页(8-6)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QIcuCEUSC直流负载线交流负载线UCEQ=0.5USC

静态工作点：

为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真，如下图所示。第5页/共42页(8-7)放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。1.直流电源输出的功率2.最大负载功率3.最大效率(RL=RE时)第6页/共42页(8-8)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°第7页/共42页(8-9)如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。缺点：但又会引起截止失真。第8页/共42页(8-10)

互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess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：8.2互补对称功率放大电路第9页/共42页(8-11)8.2.1无输出电容的互补对称功放电路

（OCL电路）一、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2.双电源供电。3.输入输出端不加隔直电容。第10页/共42页(8-12)ic1ic2动态分析：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、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。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V第11页/共42页(8-13)乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL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。交越失真第12页/共42页(8-14)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。乙类放大的特点：第13页/共42页(8-15)二、最大输出功率及效率的计算假设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：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：第14页/共42页(8-16)电源提供的直流平均功率计算：

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：USC1=USC2=USCtic1返回第15页/共42页(8-17)效率为：结论：该电路效率较高；电流、电压波形存在失真。第16页/共42页(8-18)三、电路的改进1.克服交越失真交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，ui

<uT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT第17页/共42页(8-19)克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

静态时

T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。

电路中增加R1、D1、D2、R2支路。第18页/共42页(8-20)R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大”。

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

基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。第19页/共42页(8-21)uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：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。iCQuceUSC/REUSCIBQ第20页/共42页(8-22)为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。2.UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI

合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。以满足不同电路克服交越失真的需要。

图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB，则第21页/共42页(8-23)3.电路中增加复合管增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：第22页/共42页(8-24)becibic1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：第23页/共42页(8-25)改进后的OCL准互补输出功放电路：

T1：电压推动级

T1、R1、R2：

UBE倍增电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6第24页/共42页(8-26)8.2.2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：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC第25页/共42页(8-27)三、动态分析设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5USC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；时，T1截止、T2导通。0.5USCuit第26页/共42页(8-28)四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：uLULmaxuitt第27页/共42页(8-29)实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=0.5USCD1

、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1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第28页/共42页(8-30)8.3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的选择第29页/共42页(8-31)8.3.1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。第30页/共42页(8-32)8.3.2分析计算图解分析第31页/共42页(8-33)1.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时第32页/共42页(8-34)8.3.2分析计算单个管子在半个周期内的管耗2.管耗PT两管管耗第33页/共42页(8-35)3.电源供给的功率PV当4.效率当8.3.2分析计算第34页/共42页(8-36)1.最大管耗和最大输出功率的关系因为8.3.3功率BJT的选择当≈0.6VCC时具有最大管耗≈0.2Pom

选管依据之一第35页/共42页(8-37)功率与输出幅度的关系8.3.3功率BJT的选择2.功率BJT的选择第36页/共42页(8-38)8.4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第37页/共42页(8-39)8.4.1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第38页/共42页(8-40)8.4.1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第39页/共42页(8-41)8.4.1甲乙类双电源互补对称电路VBE4可认为是定值R1、R2不变时，VCE4也是定值