模拟电子技术基础第四章 功率放大电路

第四章功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点4.2互补对称式功率放大电路4.3采用复合管的互补对称式放大电路4.4集成功率放大器（自学内容）第一节功率放大电路的主要特点对放大电路的要求放大电路中三极管的工作状态放大电路的分析方法下页总目录在一些电子设备中，常要求放大电路的输出级能带动某种负载，因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大电路。功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。1.根据负载要求，提供足够的输出功率。最大输出功率Pom

：在正弦输入信号下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。21UcemIcm=

2·Icm2Pom=Ucem共射接法下一、对放大电路的要求下页上页首页式中po

为放大电路输出给负载的功率，而pv

为直流电源Vcc所提供的功率。popvη=放大电路的效率可表示为2.具有较高的效率。放大电路输出给负载的功率由直流电源提供。在输出功率比较大的情况下，效率问题更为重要。如果功率放大电路的效率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热量，使管子、元件等温度升高，因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。下页上页首页选用放大三极管时，极限参数应留有一定的余地。下页上页二、放大电路中三极管的工作状态在功率放大电路中，三极管工作在大信号状态，使得管子的特性曲线的非线性问题充分暴露出来。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求，尽量设法减小输出波形的非线性失真。当功率放大电路工作时，应防止三极管的工作点超出安全工作区的范围。首页在功率放大电路中，由于三极管的工作点在大范围内变化，因此，对电路进行分析时，一般不能采用微变等效电路法，常采用图解法分析放大电路的静态和动态工作情况。下页上页三、放大电路的分析方法从功率放大电路的上述特点，可以组成功率放大的具体电路。考虑电路的具体形式时，主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率，并尽量减小输出波形的非线性失真。首页第二节

互补对称式功率放大电路电路的组成和工作原理互补对称电路主要参数的估算一、电路组成和工作原理1.

OTL乙类互补对称电路R1

和R2确定放大电路的静态电位。2

VCC调整R1

和

R2的值，使静态时两管的发射极电位为2

VCC电容C2两端的电压也等于动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLOTL乙类互补对称电路C1+下页上页首页otic1otic2otiLotui交越失真ic1ic2iLui>0时VT1导通VT2截止。ui<0时VT2导通VT1截止。iL=iC1–iC2下页上页R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLC1+首页2.

OTL甲乙类互补对称电路iC1iC2iLiB1iB2R

、VD1和VD2为两管提供了静态基极电流IB1和IB2避免了ui较小时两管同时截止减小了交越失真。iC1

和

iC2不为零，静态时为零下页上页R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+首页iL=

iC1

–iC2OtiC1OtiC2OtiLOTL甲乙类互补对称电路的波形图OtuiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL注意：在分析和估算时，可认为OTL甲乙类和乙类互补对称电路的工作状态近似相同。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通;静态IC较大，波形好,管耗大,效率低。乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小,效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC0，一般功放常采用。下页上页首页Ucem

=VCC-UCES

静态时

UCE1=+VCC,UCE2=-VCC。下页上页OCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL3.

OCL甲乙类互补对称电路OCL电路省去了大电容，即改善了低频响应，又有利于实现集成化，应用更为广泛。首页仿真OCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLOtiC1OtiC2OtiLOCL甲乙类互补对称电路的波形图Otui注意：在VCC值相等的情况下，OCL互补对称电路的Icm值大约比OTL电路大一倍。下页上页存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。首页OCL电路优点：省去了大电容，改善了低频响应，利于实现集成化。ui>0时工作点沿QA上移。ui<0时工作点沿QB下移。下页上页

OCL互补电路的图解法二、互补对称电路主要参数的估算1.OCL互补对称电路主要参数的估算首页-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBIcm1Icm2Ucem1UCESVCCUcem2Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2对称Icm1=

Icm2=IcmUcem

=VCC-UCES

Pom

≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2下页上页（1）最大输出功率当满足条件UCES<<VCC时首页PV=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCpompvη=≈=78.5%4π下页上页（2）效率当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率pom与直流电源提供的功率PV之比。当忽略饱和管压降UCES时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。首页PV等于VCC与半个正弦波周期内三极管集电极电流的平均值的乘积，即下页上页（3）功率三极管的极限参数在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：▼集电极最大允许电流ICM因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：首页下页上页在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO当VT2导电时，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时，VT1的集电极电压达到最大，此时：或因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为首页当忽略三极管的管压降时，PTm=0.2Pom

下页上页在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT

，使管子发热。▼集电极最大允许耗散功率PCM经分析证明：当集电极输出电压的峰值UOM

≈0.6

VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT=

PTm

。此时，每个三极管的最大管耗为:因此，在选择功率三极管时应满足，PCM>0.2Pom

首页下页上页-uCE2QiC1OiC2uCE1AOB

OTL互补对称电路的图解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC交流负载线2.OTL互补对称电路主要参数的估算2首页Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2对称Icm1=

Icm2=IcmPom=Ucem

Icm=2121RLU2cemPom

≈81RLV2CC21RL(VCC/2–UCES)2=若满足UCES

<<2VCC下页上页（1）最大输出功率首页Ucem

=VCC/2-UCES

PV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0pompvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π2πRLV2CC≈πVCCIcm=下页上页（2）效率首页注意：OTL互补对称电路的效率与OCL电路相同。下页上页（3）功率三极管的极限参数▼集电极最大允许电流ICM▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO三极管的最大管耗：PTm=0.2Pom

▼集电极最大允许耗散功率PCMPCM>0.2Pom

首页第三节采用复合管的互补对称放大电路复合管的接法及其β和rbe复合管组成的互补对称放大电路下页总目录一、复合管的接法及其β和rbe复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。下页上页首页rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2ic1ic2iE1=iB2iEiciBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1与NPN型三极管等效下页上页VT1VT2bec首页ic1=iB2iE2iB1iBic2iciE1iEΔic=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1与NPN型三极管等效ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1Δic2=β1β2ΔiB1下页上页VT2VT1bec首页rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2与PNP型三极管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1与PNP型三极管等效下页上页iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec首页二、复合管组成的互补对称放大电路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoR