电子技术第11讲功率放大器

1、电子技术第11讲功率放大器 第第11讲讲 第第11章章 基本放大电路基本放大电路 11.3.1 11.3.1 概述概述 11.3.2 11.3.2 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路 11.3.3 11.3.3 互补对称功率放大电路原理互补对称功率放大电路原理 11.3.4 11.3.4 无输出变压器无输出变压器(OTL)(OTL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路 11.3.5 11.3.5 无输出电容无输出电容(OCL)(OCL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路 11.3.6 11.3.6 实际功放电路实际功放电路 11.3.7 11.3.7 集成功率放大器集成功率放大器(

2、 (教材教材12.8)12.8) 11.3 功率放大电路功率放大电路 电子技术第11讲功率放大器 例：例： 扩音系统扩音系统 执行机构执行机构 功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱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、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表仪表 指针偏转等。指针偏转等。 11.3.1 概述概述 功功 率率 放放 大大 电电 压压 放放 大大 信信 号号 提提 取取 电子技术第11讲功率放大器 分析功放电路应注意的问题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，功放电路中电流、电压要求都比较

3、大， 必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极 限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICM PCM UCEM Ic uce 电子技术第11讲功率放大器 (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止电流、电压信号比较大，必须注意防止 波形失真。波形失真。 (3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少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。即注意提高电路晶体管及线路上的损失。即注意提高电路 的效率（的效率（ ）。）。 Pomax : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。 %

4、100 max E o P P 电子技术第11讲功率放大器 答：答：不合适，因为效率太低不合适，因为效率太低 。 uo t uo 射极输出器输出电阻低，带负载射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗能力强，可以用做功率放大器吗 ？ 问题讨论问题讨论: ib uce Q Ic USC /RE USC Rb uo USC ui RE 电子技术第11讲功率放大器 射极输出器效率低的原因射极输出器效率低的原因 ： 一般射随静态工作点（一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载）设置较高（靠近负载 线的中部），信号波形正负半周均不失真线的中部），信号波形正负半周均不失真 。电路中存。电

5、路中存 在的静态电流（在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较），在晶体管和射极电阻中造成较 大静态损耗，致使效率降低。设大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点正好在负载线中 点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：点，若忽略晶体管的饱和压降，则有： UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0.5USC /RE。 ESCCQSCE RUIUP2/ 2 %25 E O P P O P E SC E SC R U R U 8 )22/( 2 2 U CEQ 2 ICQ 2 电子技术第11讲功率放大器 如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？ 办法：降低办法：降低Q点点但又会引起

6、截止失真但又会引起截止失真 既降低既降低Q Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法： 采用采用推挽输出电路，或互补对称射极推挽输出电路，或互补对称射极 输出器输出器 电子技术第11讲功率放大器 11.3.2 11.3.2 变压器耦合推挽功率放大电路变压器耦合推挽功率放大电路 输入变压器：将输入信号分成两个大输入变压器：将输入信号分成两个大 小相等相位相反的信号，分别送两个小相等相位相反的信号，分别送两个 放大器的基极，使放大器的基极，使T1、T2轮流导通。轮流导通。 输出变压器：将两个集输出变压器：将两个集 电极输出信号合为一个电极输出信号合为一个 信号，耦合到副边输出信号，

7、耦合到副边输出 给负载。给负载。 放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起， + + + USC T1 T2 RL i iL ui Re Rb2 Rb1 电子技术第11讲功率放大器 直流通道直流通道 USC T1 T2 RL i iL ui Re Rb2 Rb1 USC T1 T2 Re Rb2 Rb1 变压器线圈对于变压器线圈对于 直流相当于短路直流相当于短路 对于任何一个三极管都是对于任何一个三极管都是 静态工作点稳定的共射极静态工作点稳定的共射极 放大器放大器 USC T1 Re Rb2 Rb1 两个三极管的静两个

8、三极管的静 态工作点都设在态工作点都设在 刚刚超过死区刚刚超过死区, IB很小很小,IC也很小也很小, 降低直流功耗。降低直流功耗。 Q 电子技术第11讲功率放大器 交流通道交流通道 ib1 ui0 ui 0V T1导通，导通，T2截止截止 iL= ic1 ; ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL iL=ic2 注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的两个晶体管都只在半个周期内工作的 方式。方式。 电子技术第11讲功率放大器 ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL 输入输入波形图输入输入波形图 ui uo uo uo 交越失真交越失真 死区电压死

9、区电压 电子技术第11讲功率放大器 ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL (1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零； (2) 每管导通时间于半个周期每管导通时间于半个周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特点：特点： 电子技术第11讲功率放大器 二、最大输出功率及效率的计算二、最大输出功率及效率的计算 假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大， T1、T2导通时均能饱和，此时输出导通时均能饱和，此时输出 达到最大值。达到最大值。 ULmax 负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为： iL -USC RL ui T1 T2 UL

10、 +USC 若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和 压降，则负载（压降，则负载（RL)上的电上的电 压和电流分别为：压和电流分别为： L SC L SCL R U I UU max max L SC L SCSC o R U R UU P 2 1 22 2 max 电子技术第11讲功率放大器 电源提供的直流平均功率计算：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：两个电源提供的总功率为： USC1 =USC2 =USC 0 1 )(sin 2 1 L SC L SC av R U ttd R U I L

11、 SC avav R U II 12 L SC L SC SCEEE R U R U UPPP 2 21 2 2 t ic1 L SC R U 电子技术第11讲功率放大器 %5 .78 4 2 2 2 2 max L SC L SC E o R U R U P P 效率为：效率为： 电子技术第11讲功率放大器 OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess 互补对称功放的类型：互补对称功放的类型： 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路） 无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电

12、路）电路） 电子技术第11讲功率放大器 11.3.4 无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路 一、特点一、特点 1. 单电源供电；单电源供电； 2. 输出加有大电容。输出加有大电容。 二、静态分析二、静态分析 则则 T1、T2 特性对称，特性对称， , 2 SC A U U 2 SC C U U 2 SC i U u 令：令： USC/2 RL ui T1 T2 +USC C A UL +- UC 电子技术第11讲功率放大器 三、动态分析三、动态分析 若输出电容足够大，其上电若输出电容足够大，其上电 压基本保持不变，则负载上压基本保持不变，则负载上 得到的交流信号正负半周

13、对得到的交流信号正负半周对 称，但存在交越失真。称，但存在交越失真。 ic1 ic2 交越失真交越失真 （UC相当于电源）相当于电源） RL ui T1 T2 +USC C A UL +- 时，时，T1导通、导通、T2截止；截止； 2 SC i U u 时，时， 2 SC i U u T1截止、截止、 T2导通。导通。 设输入端在设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号直流电平基础上加入正弦信号 电子技术第11讲功率放大器 四、输出功率及效率四、输出功率及效率 若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则： L SC L SC L R U I

14、U U 22 maxmax ， L SCLL L R UIU P 822 2 maxmax max L SC avSCE R U IUP 2 2 )(sin 22 1 0 ttd R U I L SC av % 5 . 78 4 max E L P P uLULmax ui 2 SC U t t 电子技术第11讲功率放大器 D1 D2 ui +USC RL T1 T2 T3 C R A Re1 Re2 实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路 调节调节R,使静使静 态态UA=0.5USC D1 、 D2使使b1和和b2之间的电位之间的电位 差等于差等于2个二极管正向压降，个二极管正向压降

15、， 克服交越失真克服交越失真 Re1 、 Re2：电阻值：电阻值12 ， 射极负反馈电阻，也起射极负反馈电阻，也起 限流保护作用限流保护作用 b1 b2 电子技术第11讲功率放大器 增加对称的负电源增加对称的负电源-USC ，使静态时的，使静态时的A点电位为点电位为0 11.3.5 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路 RL ui T1 T2 +USC C A UL +- UC +USC -USC uiiL RL T1 T2 A OTL电路电路 OCL电路电路 电子技术第11讲功率放大器 t uo 交越失真交越失真 u i t +USC -USC uiiL RL T1 T2

16、 A 存在交越失真存在交越失真 OCL电路电路 电子技术第11讲功率放大器 1.克服交越失真的措施：克服交越失真的措施： R1 D1 D2 R2 静态时静态时: T1、T2两管发射结电位两管发射结电位 分别为二极管分别为二极管D1、 D2的正向的正向 导通压降，致使两管均处于导通压降，致使两管均处于 微弱导通状态；微弱导通状态； 动态时：设动态时：设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。 正半周正半周 T2 截止，截止，T1 基极电位基极电位 进一步提高，进入良好的导进一步提高，进入良好的导 通状态；负半周通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步提高，进入基极电位进一步提高，进入 良好

17、的导通状态。良好的导通状态。 +USC -USC UL uiiL RL T1 T2 电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路 电子技术第11讲功率放大器 uB1 t UT t iB IBQ 波形关系：波形关系： ICQ iC uBE iB ib 特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态 电流电流 ICQ 、IBQ 。 每管导通时间大每管导通时间大 于半个周期，基于半个周期，基 本不失真。本不失真。 iC Q uce USC /RE USC IBQ 电子技术第11讲功率放大器 为更换好地和为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交两发射结电位配合，克服交 越失真电路中的越失真电路

18、中的D1、D2两二极管可以用两二极管可以用UBE电压倍增电压倍增 电路替代。电路替代。 2. UBE电压倍增电路电压倍增电路 B1 B2 + - BE R1 R2 U IB I 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、 B2间便可得到间便可得到 UBE 任意倍数的任意倍数的 电压。电压。 图中图中B1、B2分别接分别接T1、 T2的基极。假设的基极。假设I IB，则，则 2 21 R RR UU BE 电子技术第11讲功率放大器 3. 电路中增加复合管电路中增加复合管 增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。 c b e T1 T2 ib ic b e

19、c ib ic 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 c b e T1 T2 ib ic b e c ib ic 复合复合NPN型型复合复合PNP型型 电子技术第11讲功率放大器 改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路： T1：电压推动级：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级复合管构成的输出级 准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN 型晶体管，两者特性容易对称。型晶体管，两者特性容易对称。 +USC -USC R1 R2 RL ui T1

20、 T2 T3 T4 T5 T6 电子技术第11讲功率放大器 集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器 T5T6 RC3 RE2 RL RC4 RE3 T7 T9 T8 T4 R2 R1 T3 R3 RC1 T1 RC2 T2 - + RE4 RE5 T11 T10 +UCC -UEE 第第1级：差动放大器级：差动放大器第第2级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器 第第4级：互补对级：互补对 称射极跟随器称射极跟随器 电子技术第11讲功率放大器 11.3.6 实际功放电路实际功放电路 这里介绍一个实用的这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其准互补功放电路。其

21、中主要环节有中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；）； (2) 偏置电路（偏置电路（R1、D1、D2）；）； (3) 恒流源负载（恒流源负载（T5）；）； (4) OCL准互补功放输出级（准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）；）； (5) 负反馈电路（负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反构成交流电压串联负反 馈）；馈）； (6) 共射放大级（共射放大级（T4）；）； (7) 校正环节（校正环节（C5、R4）；）； (8) UBE倍增电路（倍增电路（T6、R2、R3）；）； (9) 调整输出级工作点元件（调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。 电子技术第11讲功率