注册电气工程师考试学习资料低频功放电路

第5章功率放大电路

2/6/2023考试大纲要求6功率放大电路6.1掌握功率放大电路的特点；了解互补推挽功率放大电路的工作原理，输出功率和转换功率的计算6.2掌握集成功率放大电路的内部组成；了解功率管的选择、晶体管的几种工作状态6.3了解自举电路；功放管的发热2/6/2023主要内容5.1功率放大电路的一般性问题5.2乙类双电源互补功率放大电路5.3甲乙类互补功率放大电路5.4集成功放2/6/20235.1功率放大电路的一般性问题

功率放大电路一般在多级放大电路的输出级，主要作用是在不失真或轻微失真的前提下，尽可能地对功率进行放大，以推动负载如扬声器发声、电机旋转、继电器动作、指示仪表偏转等。5.1.1对功率放大电路的基本要求

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的放大电路。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。2/6/20231.功率放大器与电压放大器的区别

电压放大器要求负载得到不失真的电压信号；功率放大器则要求获得足够的不失真的输出功率。

功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此时虽降低了静态工作电流，但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路和互补对称电路较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。2/6/20232.功率放大器的特殊问题1）要求输出功率尽可能大：因此放大器件工作在极限运用状态。2）要求效率高：需要考虑减小功耗，提高电源转换效率。3）非线性失真要小。减小非线性失真与曾大输出功率是功率放大器的一对矛盾。4）解决功放器件的散热问题。2/6/20233．低频功率放大器的特点

1)要有尽可能大的输出功率；

2)效率要高；

3)非线性失真要小；4)考虑放大器件的安全，要加装散热和保护装；

5)放大器件在大信号条件下工作，采用图解法分析。

2/6/20235.1.2提高功率放大电路效率的主要途径

为提高效率、降低损耗，应从两方面考虑：一是增加放大电路的动态工作范围来增加输出功率；二是减少电源供给的功率，即在一定时使静态电流减小，也就是将静态工作点沿交流负载线下移。可知功率放大器提高输出功率的途径：减小放大管的集电极损耗！由

2/6/20231．工作状态分类根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。(1)甲类放大电路uCEiC0QAiC1ICQωt2=2

02集电极电流波形静态工作点位置特点a.静态功耗大b.能量转换效率低c.放大管的导通角θ=π2/6/2023(2)乙类放大电路uCEiC0QAωtiC2π2π2=π03π静态工作点位置集电极电流波形特点a.静态功耗b.能量转换效率高c.输出失真大d.放大管的导通角2θ=π2/6/2023(3)甲乙类放大电路uCEiC0QAiC3π2π03πICQπ<2<2π静态工作点位置集电极电流波形特点a.静态功耗较小b.能量转换效率较高c.输出失真较大d.放大管的导通角π<2θ<2π2/6/2023甲类：三极管(2c=)360°导电甲乙类：三极管(2c=)180°～360°导电乙类：三极管(2c=)180°导电丙类：三极管(2c=)<180°导电2/6/20235.2乙类互补对称功率放大电路

5.2.1无输出电容的双电源互补对称功率放大电路（OCL）

2/6/20235.2.1乙类互补推挽功率放大电路电路特点：(1)晶体管T1、T2特性对称；(2)电源对称；(3)T1、T2射极输出。2/6/20231.工作原理设ui=Uimsinta.当ui=0时Uo=0T1、T2截止静态功耗为零2/6/2023b.ui>0时T1导通T2截止电流io方向输入信号uiuo≈uic.ui<0时T1截止T2导通电流io方向输入信号uiuo≈ui2/6/2023输出幅值为

T1通T2通Uopp=2(UCC

–

UCES)2/6/20235.2.2功率参数分析

1.输出功率1.输出功率由图5-2、图5-3可知，（5-1）当输出且波形不失真时，其最大值为

（5-2）设故最大不失真输出功率为：

(忽略)2/6/2023（5-3）2.管耗

2/6/2023（5-5）（5-4）两管总损耗

令2/6/20233.直流电源提供的功率平均集电极电流IC(AV)为两个电源供给的总电源功率直流电流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供给负载，故有（5-6）（5-7）式中

为电源在一个周期内提供的平均电流。2/6/20234.集电极效率

功率放大电路的效率是输出功率和电源供给功率之比。(5-8)输出信号越大，效率越高，当

时，效率最大。

当时2/6/20235.功率管的选择

2/6/20235.2.3单电源互补对称功率放大电路（OTL）

电容C起负电源–UCC的作用2/6/20232/6/20235.3甲乙类互补对称功率放大电路

5.3.1乙类功放的交越失真

a.产生失真的原因晶体管存在死区电压b.失真的现象当ui小于晶体管的死区电压时，T1、T2都截止。输出电流出现一段“死区”2/6/20230tiCiBuBE0uit0交越失真在两个管子交替工作区域出现的失真称为交越失真输入信号输出信号交越失真的产生2/6/20235.3.2消除交越失真的常用方法给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微导通状态，即甲乙类工作状态。1）甲乙类互补推挽电路a.利用二极管提供偏压二极管提供偏压，使T1、T2呈微导通状态2/6/20232）利用扩大电路实现偏置图中2/6/20235.3.3单电源甲乙类互补对称（OTL）功率放大电路

图5-7所示是有推动级的单电源互补对称（OTL）功率放大电路。2/6/2023当温度升高时，的稳定过程如下温度2/6/20232/