第9章 功率放大电路

第9章功率放大电路

9.1功率放大电路概述9.2互补功率放大电路9.1功率放大电路概述例：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例：温度控制R1-R3:标准电阻Ua:基准电压Rt:热敏电阻A：电压放大器RtTUO室温T

温度调节过程UbUO1uoR1aR2Usc+R3Rt

功放b温控室A+-uo1加热元件9.1功率放大电路概述放大器方框图如下：

由电压放大电路组成，不失真地提高信号电压幅度

保证信号失真在允许范围，提高输出功率，以驱动负载9.1.1功率放大电路的特点一.功率放大电路的特点负载(换能器)

前置放大级

功率放大级信号源功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使：输出信号电压大输出信号电流大放大电路的输出电阻与负载匹配9.1.1功率放大电路的特点功放电路中电流、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、UCEM、PCM。PCMU（BR）CEOICMBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABII安全区功放的特点：9.1.1功率放大电路的特点电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。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η。负载上得到的交流信号功率直流电源提供功率9.1.1功率放大电路的特点问题讨论：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？射极输出器效率低的原因一般射极输出器静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。不可以用作功率放大器，因为效率低9.1.1功率放大电路的特点效率低，不适合用作功放这种工作方式叫做甲类放大设Q点正好在负载线重点，若忽略晶体管的饱和压降，则有UCEQ=1/2USCICQ=USC/2RL9.1.1功率放大电路的特点二、提高效率途径iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0甲类放大——整个周期内均有电流。

失真小，η低RB+VCCC1C2RERLuiuo9.1.1功率放大电路的特点0iC/mAωtiC/mAuCE/VQ0乙类放大——半个周期导通有电流。失真大，η高+VCCRLuiuo9.1.1功率放大电路的特点甲乙类放大——半个周期以上有电流。iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0既降Q又不失真：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。9.1.1功率放大电路的特点由图可得：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。9.1.1功率放大电路的特点例：如图(a)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：由基本放大器知识可知，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，如图(b)所示。此时电路的输出功率也为最大。9.1.1功率放大电路的特点（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)PVQ、PTQ、PRQ分别为图(b)中矩形ABCD、AQED、QBCE的面积。在充分激励下，Ucem≈VCC/2，Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL，由此得：交流输出功率(即为△QED的面积)（2）动态②管子消耗功率

(即为△AQD的面积)（2）动态③电源供给功率

(即为矩形ABCD的面积)④效率（2）动态返回甲类功放有以下特点：(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。(1)整个周期内均有iC>0。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。9.1.1功率放大电路的特点9.2互补功率放大电路

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：电路中采用两个晶体管，NPN、

PNP各一个；两管特性一致。类型：一、乙类互补推挽功率放大电路静态时，IBQ≈0,ICQ≈0，不消耗功率。（1）OTL功率放大电路ic1ic2RLuiT1T2+VCCCAuo+-ui>VCC/2时，T1导通、T2截止；0.5VCCuItT1

、T2对称;C足够大(1000uF)，UC≈0.5VCC。ui<VCC/2时，T2导通、T1截止；互补优点：单电源供电；缺点：输出加有大电容。uot令uI＝VCC/2（2）OCL功率放大电路1.电路结构特点ui-USCT1T2uo+USCRLiL1）由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2）双电源供电。3）输出端不加隔直电容（OCL）。ic1ic2动态分析：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，为乙类放大。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V2.电路工作原理LiC2-uCE23.分析计算静态Q：UCE1=VCC

,UCE2=-VCC

IC1=IC2=0动态：（1）交流负载线斜率为-1/RL为分析方便，如图曲线倒置成Q点重合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。ui=0-VCCT1T2uo+VCCRLiL

（2）Uom=Ucem=Uim

Iom=Icm=Uom/RL

（3）Uom(max)=Ucem(max)

=VCC

－Uces≈VCC

参数估算(1)输出功率PO

：

最大不失真输出功率为：LiC2-uCE2(2)直流电源供给功率PV:(3)效率

:LiC2-uCE2(4)管耗：总管耗：

LiC2-uCE2三极管的最大管耗

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：(4)管耗：两管管耗最大管耗此时总结：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLPV归一化曲线图/Pomax甲类放大器与乙类放大器的两点比较：(1)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。(2)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om=0.64VCC时，PT达到最大。4.晶体管选择:ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1UCE2≈0+VCC(1)PCM>0.2Pomax;(3)|U(BR)CEO|>2VCC；(2)ICM>VCC/RL静态电流ICQIBQ等于零每管导通时间等于半个周期存在交越失真

乙类放大的波形特点严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。1.电路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

静态时:

T1、T2均处于微弱导通状态；两管导通时间均比半个周期大一些，为“甲乙类放大”。动态时：设ui

加正弦信号正半周T2截止，T1导通；负半周T1截止，T2

导通。（二）甲乙类互补推挽电路克服交越失真UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2

T1和T2在一个周期内的导电时间大于T/2，即有一定的交替时间，因此它们工作在甲乙类状态。

但是，在实际应用中为提高电路效率，在设置偏压时，应尽可能接近乙类。因此，通常甲乙类OCL互补推挽电路的参数估算可近似按乙类处理。三、单电源互补推挽电路(OTL电路）1.基本的单电源互补推挽电路电容C满足：C>(5~10)/2πfLRL静态时要求K点电位UK=UC=VCC/2,

R1和R2组成电压并联交直流负反馈网络，稳定电路的静态工作点，改善放大器的动态性能。38.9①输出功率Po②直流电源供给功率PV当时2.基本的单电源互补对称电路分析计算

OTL电路也按OCL公式计算，但所有的VCC用VCC/2代。③效率和管耗PT总管耗最大管耗此时四、采用复合管的功率输出级复合管的构成方式：T1T2ibic方式一：becibic增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。becibic1

2复合管的管型、电极与第一个管子相同。方式二：cbeT1T2ibic复合管接法很多。不论哪种接法，均有如下特点：复合管的正确连接习题册题3.10原则：组成复合管的各三极管的电流流向要一致。若不一致,则连接错误。

错误ecbT1T2ibi