电子技术基础课件-09

1、第九讲 功率放大电路一一. .概述与分类概述与分类二二. .甲类功率放大电路甲类功率放大电路三三. .互补对称功率放大电路分类互补对称功率放大电路分类四四. .OCL放大电路放大电路 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 功率放大电路功率放大电路：在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要在电子系统中，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、去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大；功率放大电路功率放大电路通常处于放大电路的末极，推动执行机构；功通常处于放大

2、电路的末极，推动执行机构；功率放大电路率放大电路以输出较大功率为目的以输出较大功率为目的；本节课的功率放大电路主要是放大电流。本节课的功率放大电路主要是放大电流。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 一一. .概述与分类概述与分类1.1.功率放大电路的特点功率放大电路的特点(1)输出功率尽可能大输出功率尽可能大: 为了实现尽可能大的输出功率，要求放大器的电压和电流都要有足够大的输出幅度，三极管往往处于极限工作状态。注意：不能超出过压、过流、过损耗区。(2)高效率高效率: 放大电路电源VCC的输出功率为总功率，表示PE；有效输出的功率(负载得

3、到的交流信号功率)为PO; PE与PO的差值为PT，即放大电路的损耗。关系式为：oTEPP=P100%PPEo 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 (3)非线性失真非线性失真: 非线性失真即输入为正弦信号，输出为畸变波形。 不同场合对失真指标要求不同： 工业控制允许一定的信号失真； 高档音响不允许一点点失真。(4)有效散热有效散热: 功率芯片温度范围-45+125 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 2.2.功率放大电路的分类功率放大电路的分类CESUCEQUouCEu甲类：甲类：Q Q点适中，在正弦信点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流号的整个周期内均有电流流过过BJTBJT

4、。甲乙类：甲乙类：介于两者之介于两者之间，导通角大于间，导通角大于180180乙类：乙类：静态电流为静态电流为0 0，BJTBJT只在正弦信号的半个周期只在正弦信号的半个周期内均导通。内均导通。丙类：丙类：介于两者之间，介于两者之间，导通角小于导通角小于180180 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCCiCuCEQ2ICQVCC(a)甲类放大器甲类放大器(b)乙类放大器乙类放大器(c)甲乙类放大器甲乙类放大器(d)丙类放大器丙类放大器iCuCEQ4ICQVCC 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 ： 在一个信号周期内都有电

5、流流过晶体管在一个信号周期内都有电流流过晶体管管子的导通角为管子的导通角为360360o o 静态电流大于静态电流大于0 0，管耗大，效率低，管耗大，效率低功放：功放： 管子只有半个周期内导通管子只有半个周期内导通管子的导通角为管子的导通角为180180o o静态电流等于静态电流等于0 0，效率高，效率高功放：功放： 管子的导通时间大于半个周期但是小管子的导通时间大于半个周期但是小于一个周期，比半个周期稍多些于一个周期，比半个周期稍多些功放：功放： 管子导通时间小于半个周期管子导通时间小于半个周期 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 二二. .甲类功率放大电路甲类功率放大电路+uVCCL

6、Rb1RiIcuceQuCEQICQ甲类放大器功耗可分为静态功耗和动态功耗。甲类放大器功耗可分为静态功耗和动态功耗。 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 三极管的静态功耗：三极管的静态功耗：若若CCCEQVU21的静态功耗相等的静态功耗相等三极管和负载电阻三极管和负载电阻LRCQCEQTIUP CQCCEIVP 电源提供的平均功耗：电源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21则则1.1.甲类静态功耗甲类静态功耗所用静态功耗均由直流信号产生，均为无用功。所用静态功耗均由直流信号产生，均为无用功。因此，要求静态功耗越小越好！因此，要求静态功耗越小越好！ 第二章 基本放大电路 2.9功率放大

7、电路 2.2.甲类动态功耗甲类动态功耗UomIomiCuCEQUCEQICQVCCo1222omomomomUIPUI最大输出功率最大输出功率: :CQCComIVP )21(21输出功率输出功率: :12omomccCQUVII0.25omEPP电源输出功率电源输出功率: :220011()(sin)22ECCCCCCQcmCCCQPVi dtVIIt d tVI输出效率输出效率: : 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 小结：小结：输入信号越大，输入信号越大，P Po o, , 越大。越大。P Po o越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。越小，管耗越大，静态管耗最大，等于

8、电源供给功率。甲类功放最高效率为甲类功放最高效率为50%50%。要管子安全工作的重要参数是要管子安全工作的重要参数是PCM、ICM和和U(BR)CEO。效率低的主要原因是静态损耗大。效率低的主要原因是静态损耗大。 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 三三. .互补对称功率放大电路分类互补对称功率放大电路分类 解决乙类放大电路失真问题的方法：解决乙类放大电路失真问题的方法：用两个工作用两个工作在乙类状态的下的放大器，分别放大输入的正、负半周在乙类状态的下的放大器，分别放大输入的正、负半周信号，使负载上获得一个完整的波形。信号，使负载上获得一个完整的波形。 广泛使用的该类电路有：广泛使用的该

9、类电路有： OTL( OTL(需要大电容充放电需要大电容充放电) ) OCL( OCL(直接连接直接连接) ) BTL( BTL(四晶体管构成桥式电路四晶体管构成桥式电路) ) 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 1. OTL1. OTL电路电路2CCEBiVUUu输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。静态时：静态时： 第二章 基本放大电路

10、 2.9功率放大电路 2.OCLOCL电路输入电压的正半周：输入电压的正半周： VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周： 地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。源交替供电，双向跟随。静态时，静态时，UEQ UBQ0。ui 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 3 3. BTL. BTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地缺点：缺点：(1)是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻

11、均无接地点。阻均无接地点。(2)管子多，损耗大，使效率低。管子多，损耗大，使效率低。 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 +-ui+uo_RBRLT+VccbceuuVCCVCCoiLR互补对称：互补对称： 电路中采用两个晶体电路中采用两个晶体管：管：NPNNPN、PNPPNP各一支；各一支； 两管特性一致，组成互两管特性一致，组成互补对称式射极输出器。补对称式射极输出器。四四. .OCL放大电路放大电路 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 利用利用NPNNPN管和管和PNPPNP管，设计以管，设计以Q Q点为对称点的点为对称点的输出特性曲线输出特性曲线 第二章 基本放大电路 2.

12、9功率放大电路 1.1.OCLOCL工作原理工作原理静态时：静态时：ui = 0V ie1、ie2均均=0（乙类工作（乙类工作状态）状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT T1 1截止，截止，T T2 2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ie1 ;iL=ie2uiuo 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 2 2. .OCLOCL输出功率及效率输出功率及效率CESCComUVU数值较大数值较大不可忽略不可忽略L2CESCCL2om2)(2/RUVRUPom(1)(1)输出功率输出功率uiuo 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 (2)(2)效率效率LC

13、ESCCCCCC 0 LCESCCE)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(RUVPCCCESCCEom4 VUVPP电源电源电流电流uiuo 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 (3)(3)理想工况理想工况在管压降在管压降U UCESCES可忽略不计的理想工况下：可忽略不计的理想工况下：L2CCom2RVPL2CCE2RV P%5 .784 EomPP在实际电路中，在实际电路中，U UCESCES一般为一般为2-3V2-3V，因此不能一省了之！，因此不能一省了之！ 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 3 3. .OCLOCL电路晶体管参数选择电路晶

14、体管参数选择应考虑晶体管三类参数：应考虑晶体管三类参数：最大管压降最大管压降集电极最大电流集电极最大电流最大功耗最大功耗 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 (1)(1)最大管压降最大管压降CEO(BR)CCmaxCE2UVu(2)(2)集电极最大电流集电极最大电流CMLCCmaxCIRViLCESCCRUVimaxC考虑留有一定的余量考虑留有一定的余量(3)(3)集电极最大功耗集电极最大功耗思考：思考：当输入信号愈大，则输出功率愈大，那么管耗就一当输入信号愈大，则输出功率愈大，那么管耗就一定愈大吗？定愈大吗？问题等效为，求解问题等效为，求解PT是否为是否为Uom的增函数。的增函数。 第

15、二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 LCESCCCCCC 0 LCESCCE)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(RUVPCESCComUVUuiuoTPPP2omE412omomCCLTUUVRPPT对对Uom求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得CCCCom 6 . 02VVUomTmax2 . 0PP将将Uom=0.6Vcc代入代入PT可得可得 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 omPPPVuURViI2 . 02maxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM参数选择总结：参数选择总结： 第二章 基本放大电路 2.9功率放大电路 4 4. .OCLOCL电路交越失真电路交越失真 严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些会出现一些非线性失真非线性失真，这个失真称为，这个失真称为交越失真交越失真。 第二章 基本放大电路