第3章 生物医学常用放大器 第4节 功率放大器

第四节功率放大器一、功率放大器的特点和分类1.1特点1.2分类二、互补对称功率放大器2.1OCL互补对称放大器工作原理2.2交越失真及解决方法2.3OTL互补对称功率放大器工作原理第三章生物医学常用放大器

功率放大电路以获得最大输出功率为目标，即不仅要求足够大的电压变化量，而且还要求足够大的电流变化量，它能高效地把直流电能转化为按输入信号变化的交流电能，即能够向负载提供足够输出功率的电路称为功率放大器，简称功放。一、功率放大器的特点和分类

1．功率放大器工作特点

（1）在不失真情况下能输出尽可能大的功率。在选择功放管时要特别注意集电极最大允许电流ICM、管压降最大值UCEO、最大耗散功率PCM等极限参数的选择，以确保管子安全工作。IcucePCMICMUCEM注意：功放电路中电流、电压值都比较大，电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM

、UCEM

、

PCM。

（2）效率要高。功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率，用公式表示：Pom:负载上得到的交流信号功率。PE

：电源提供的直流功率

（3）尽量减小非线性失真。由于功率放大器处于大信号工作状态，输出电压和电流的变化幅度较大，有可能超出特性曲线的线性范围，容易产生非线性失真。

（4）分析方法。功率放大器处于大信号极限工作状态，必须采用图解分析法。

（5）功放管散热问题

由于功率放大器的工作电压、电流都很大，管耗大，使管子本身升温发热。当管子温度升高到一定程度（锗管一般为75—90℃，硅管为150℃）后，就会损坏晶体结构。因此，应采取散热措施，通常是给功放管加装由铜、铝等导热性能良好的金属材料制成的散热片子（板），加装了散热片的功放管可充分发挥管子的潜力，增加输出功率而不损坏管子。2.功率放大器的分类通常按静态工作点在交流负载线上的位置不同，功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类等三种工作状态。如图所示：

晶体管的工作方式1.甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态2.乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态3.甲乙类方式：晶体管在信号的半个多周期处于导通状态静态工作点位于负载线的中点，在输入信号的整个周期内都有电流流过三极管。

输入交流信号为零时，直流电源仍提供有IC和UCE。电源提供的功率PE全部消耗在管子和电阻上。

当有交流输入信号加入时，电源功率一部分转换为有用的输出功率，另一部分转换为管耗。其特点为工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。（1）甲类功率放大器特点（2）乙类功率放大器特点

静态时IC＝0，乙类放大器的管耗基本为零。当有交流信号输入后，电源供给的直流功率大部分转换为交流输出，效率提高了。在乙类工作状态时，加入输入信号的整个周期内，放大器只在半个周期内导通，另半个周期则截止，波形产生了严重的失真。其特点为静态电流为零，管耗小，效率高。甲乙类功率放大器的静态工作点位于甲类和乙类之间，靠近截止区，在这种情况下，静态值IC较小，功放管的静态功耗也较小。电路加入交流输入信号后，电压、电流波形在负半周也产生了失真。

其特点为静态电流小，管耗小，效率高。（3）甲乙类功率放大器特点1.功率管的工作类型类别特点Q点波形甲类无失真效率低ICQ较大Q

较高甲乙类有失真效率高ICQ小Q

较低乙类失真大效率最高ICQ=0

Q

最低tiCO

ICQiCO

ICQttiCO

ICQ小结乙类工作状态失真最大，静态电流为零，管耗最小，效率高。甲乙类工作状态失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。引入原因：在甲乙类和乙类状态下工作时，虽然提高了功率放大器效率，但产生了严重的失真。

目标：既要保证静态时管耗小，又要输出失真小。工作在乙类或甲乙类状态的互补对称功率放大器。二、互补对称功率放大器2.1OCL互补对称放大器工作原理

OutputCapacitorLess静态时Ui=0，T1、T2均截止，UB=UE=0(1)特征：T1、T2特性理想对称。(2)静态分析T的输入特性理想化特性（3）动态分析ui正半周，电流通路为

+VCC→T1→RL→地，

uo=ui

两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。ui负半周，电流通路为地→RL→T2→-VCC，uo=ui2.2交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止开启电压目标：①静态时T1、T2处于临界导通状态，有信号时至少有一只导通；②偏置电路对动态性能影响要小。消除交越失真的OCL输出级2.3OTL互补对称功率放大器工作原理

(OutputTransformerLess)输入电压的正半周：＋V