第78章功率放大器与直流电源

第七章功率放大电路当前1页，总共74页。例：扩音系统执行机构功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取7.1功率放大电路当前2页，总共74页。放大器方框图如下：负载(换能器)

前置放大器

功率放大器信号源一、功率放大电路的特点由电压放大电路组成，其主要任务是不失真地提高输入信号电压的幅度，以驱动后面的功率放大电路。

其任务是在保证信号失真在允许范围内的前提下，尽可能地提高输出功率，以驱动输出负载（换能器）。当前3页，总共74页。(2)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

、U(BR)CEO

、

PCM

。

ICMPCMU(BR)CEOicuce(1)输出功率Po尽可能大当前4页，总共74页。(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率()。Po

:负载上得到的交流信号功率。PV

：电源提供的直流功率。(5)功放管散热和保护问题(6)在分析方法上，通常采用图解法。当前5页，总共74页。综上所述，对功率放大电路的要求是：

在保证晶体管安全工作的条件下和允许失真的范围内，充分发挥其潜力，输出尽量允许大的功率，同时还要减小管子的损耗，以提高其效率。当前6页，总共74页。二、功率放大电路提高效率的主要途径甲类放大——输入信号的整个周期内均有电流流过管子即管子在一周内都导通。甲乙类放大——管子在一个周期内有半个周期以上导通。乙类放大——管子在一个周期内只有半个周期导通。当前7页，总共74页。乙类放大（c），效率最高；甲乙类放大（b），效率其次；甲类放大（a），效率最低。当前8页，总共74页。例：如图所示的射极跟随器处于甲类工作状态，设VCC=6V，RL=8Ω，三极管的β=40，ICEO、UCES忽略不计。试求在充分激励下，该电路的最大不失真输出功率和效率。

解：当静态工作点Q平分交流负载线时，该电路在充分激励下有最大的不失真输出电压，此时电路的输出功率也为最大。

C1uiuoRBT+VCC+++--RL当前9页，总共74页。（1）静态

静态工作点

UCEQ=VCC/2=6/2=3(V)ICQ=(VCC－UCEQ)/RL=3/8=0.375(A)

电源供给功率PVQ=VCC﹒ICQ=6×0.375=2.25(W)三极管消耗功率

PTQ=UCEQ﹒ICQ=3×0.375=1.125(W)负载RL上消耗的直流功率

PRQ=ICQ2﹒RL=0.3752×8=1.125(W)C1uiuoRBT+VCC+++--RL当前10页，总共74页。在充分激励下，Ucem≈VCC/2，Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL，由此得：a.交流输出功率(即为△QED的面积)（2）动态C1uiuoRBT+VCC+++--RL当前11页，总共74页。b.管子消耗功率

(即为△AQD的面积)C1uiuoRBT+VCC+++--RL当前12页，总共74页。c.电源供给功率

(即为矩形ABCD的面积)d.效率C1uiuoRBT+VCC+++--RL当前13页，总共74页。甲类功放有以下特点：(1)整个周期内均有iC>0；(3)电源始终不断地输送功率：静态时，这些功率全部消耗在管子和电阻上；动态时，其中一部分转化为有用的输出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。(4)输出功率较小；

(5)效率较低。

(2)信号失真小；当前14页，总共74页。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。当前15页，总共74页。

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：三、互补对称功率放大电路当前16页，总共74页。乙类互补对称放大电路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。也称为OCL互补功率放大电路。2、工作原理

两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiC1+-+-iC2当前17页，总共74页。为分析方便，如图曲线倒置成Q点重合乙类互补对称电路图解分析：

由图可知，Ucem的最大值为VCC-UCE(sat)，如果忽略UCE(sat)

，则:Ucem(max)≈VCC。

负载斜率相等且都通过Q点，那么合成的负载线成图示的一条直线。当前18页，总共74页。(1)输出功率Po

：

最大不失真输出功率为：当前19页，总共74页。(2)直流电源供给功率PV

：当前20页，总共74页。(3)效率

:当前21页，总共74页。(4)管耗：总管耗：

当前22页，总共74页。三极管的最大管耗

问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：当前23页，总共74页。甲类放大器与乙类放大器的两点比较：A、甲类放大器中的电源供给功率PV与信号大小无关，而乙类放大器的电源供给功率PV随信号的大小而变：静态时，其值为零；信号增大时，其值随之增大；当Ucem最大亦即Po最大时，电源供给功率PV也达到最大。B、甲类放大时，静态管耗最大。而乙类工作时，静态管耗却为零，当Uom由小增大时，由于PT是Uom的二次函数，它们之间是非单调变化关系。当Uom=0.64VCC时，PT达到最大。当前24页，总共74页。(5)选管条件a、PCMPT1max=0.2Pomb、c、ICM>VCC/RLui-VCCT1T2uo+VCCRLiC1+-+-iC2当前25页，总共74页。例7.2.1乙类OCL参数估算设，，计算：（1）若输入信号有效值为10V，求电路的Po、PV和效率及单管管耗。（2）若，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。（3）求每个管子的极限参数。（4）若，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL+-+-当前26页，总共74页。解：（1）ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL+-+-当前27页，总共74页。（3）极限参数ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL+-+-（2）充分激励且当前28页，总共74页。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL+-+-（4）充分激励且当前29页，总共74页。乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形当前30页，总共74页。乙类放大的输入输出波形关系:缺点死区电压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ui-VCCT1T2uo+VCCRLiC1+-+-iC2当前31页，总共74页。(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：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiC1+-+-iC2当前32页，总共74页。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四、甲乙类互补推挽电路当前33页，总共74页。克服交越失真的措施：

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。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiRLT1T2-+-+当前34页，总共74页。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

基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，消除交越失真。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiRLT1T2-+-+当前35页，总共74页。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。iCQuceVCC/RLVCCIBQ当前36页，总共74页。为更好地和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

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，则参数估算近似按乙类处理B1B2+-BER1R2UIBI当前37页，总共74页。五、基本单电源互补对称电路(OTL)电容C满足：C>(5~10)/2πfLRL静态时要求K点电位UK=UC=VCC/2

R1D1D2R2+VCCuouiRLT1T2-+-+C特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。当前38页，总共74页。（1）输出功率

Po（2）直流电源供给功率PV当时当前39页，总共74页。（3）效率和管耗PT总管耗

当前40页，总共74页。六、采用复合管的功率输出级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：cbeT1T2ibic方式一：becibic当前41页，总共74页。1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：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：ebcT1T2ibieicbecibicie当前42页，总共74页。复合管的几种接法cbeT1T2ibiciebce

（a）NPN型cbeT1T2

bce（c）NPN型cbeT1T2bce

（b）PNP型cbeT1T2

bce（d）PNP型当前43页，总共74页。

T1：电压推动级

T2、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。改进后的OCL准互补输出功放电路：+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6当前44页，总共74页。第八章直流稳压电源当前45页，总共74页。电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。直流稳压电源的组成当前46页，总共74页。uo(3)输出电压平均值（Uo）：(1)输出电压波形：(2)二极管上的平均电流：ID

=IL1、单相半波整流电路一、整流电路u1u2aTrbDRLuoiL当前47页，总共74页。2、单相全波整流电路(4)uo平均值Uo：Uo=0.9U2(1)输出电压波形：(2)二极管上承受的最高电压：uo(3)二极管上的平均电流：u1u2aTrbD1RLuoD2u2iL当前48页，总共74页。3、单相桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时电流通路uou1u2TrD4D2D1D3RLio+-当前49页，总共74页。桥式整流电路-+uOu1u2TrD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路iO+-当前50页，总共74页。iD1ωtuD1ωtiD2ωt2πu2ππ3π4ωtωtiouoωtRLu1u2TrD4D2D1D3uo＋＋＋

iou1u2TrD4D2D1D3RLuo＋＋＋

io当前51页，总共74页。4、整流电路的主要参数

（1）整流输出电压平均值（Uo）负载上的(平均)电流:（2）整流二极管的平均电流ID（3）二极管截止时两端承受的最大反向电压当前52页，总共74页。问：若D1开路，电路功能？若D1短路，电路如何？u1u2TD4D2D1D3RLuo当前53页，总共74页。二、滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压当前54页，总共74页。1、电容滤波桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当前55页，总共74页。(1)RL未接入时u2tuot整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当前56页，总共74页。(2)RL接入（且RLC较大）时u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当前57页，总共74页。uoabcdau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当前58页，总共74页。u2t整流电路的输出电流iDiDuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当前59页，总共74页。近似估算:Uo=1.1~1.2U2。(b)流过二极管瞬时电流很大。整流管导电时间越短iD的峰值电流越大(3)电容滤波电路的特点(a)输出电压Uo与放电时间常数RLC有关；当前60页，总共74页。结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。(c)输出特性(外特性)uo电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20IL当前61页，总共74页。2、电感滤波电感滤波电路u2u1RLLuo当前62页，总共74页。T+_UIUO比较放大基准取样URFUO+_C2RL调整元件+–+–三、稳压电路串联型线性直流稳压电路当前63页，总共74页。串联型线性直流稳压电路+-+AR1UBR2

IO稳定的UOR3+UREFUI(不稳定的直流电压)UO1误差放大器负载UOUF基准电压源UREFUI+-CEBT+-+-采样电路当前64页，总共74页。一种实际的串联式稳压电路UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo当UI

增加使Uo升高时UCE1R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2当前65页，总共74页。输出电压的确定和调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2当前66页，总共74页。

选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。UoUFUID(=UREF-UF）UBUo