第五章功率放大电路

第五章功率放大电路信息工程学院电子技术基础课程组5.功率放大电路引言功率放大电路的一般问题乙类双电源互补对称功率放大器甲乙类互补对称功率放大器集成功率放大器功率器件作业射极输出器——甲类放大的实例共射极甲类放大电路其它类型互补对称功率放大电路8/5/2021TAKEAREST2/6/2023引言8/5/2021功率放大电路的一般问题功率放大器的特点（P134）对功率放大电路的一般要求功率放大器的分类小信号、低功率输出的放大电路中，三极管都工作在线性区，要求向负载输出不失真的电压信号，分析方法可以采用小信号模型法，关心的指标包括增益A、输入电阻Ri、输出电阻Ro等，输出信号的失真是可以忽略不计的；功率输出电路则不同，要求输出一定不失真功率，电流、电压值都很大，小信号模型不再适用，多采用图解分析方法；关心的指标则是输出功率Po、管耗PT、直流电源供给功率PV、效率η等；用于驱动扬声器一类的低阻负载。8/5/2021对功放的一般要求提高效率的同时降低三极管本身的管耗减小输出信号的非线性失真现象能驱动如扬声器般的低阻负载能有效地将结温控制在最大允许的范围之内，即散热问题输出功率尽可能地大采取保护措施使功率放大器工作在安全工作区Angleoffloworconductionangle8/5/2021功放的分类根据晶体管在正弦信号一个周期内的导通时间（导通角θ，直接关系到输出功率的效率）,分为甲类、乙类、甲乙类、丙类4种：ClassA:=360ClassB:=180ClassAB:180<<360ClassC:

<1808/5/2021射极输出器——甲类放大的实例1共集电极电路(射极输出器)电压增益近似为1、电流增益为（1+β），所以有明显的功率放大作用输出电阻小，带负载能力强，常用做多级放大电路的输出级。8/5/2021射极输出器——甲类放大的实例2静态分析（直流通路）Q动态分析（图解法）vi在正半周↑→镜像电流源保证稳定的偏置电流直到饱和，继而出现饱和失真；此时最大不失真输出为：vi在负半周↓→直至T1截止或T3饱和（通常不考虑T3率先饱和）8/5/2021射极输出器——甲类放大的实例3功率和效率的计算例8.2.1设电路如图所示。VCC=VEE=15V，IBIAS=1.85A，RL=8Ω。vI=VBIAS+vi，在偏置电压源VBIAS=0.6V作用下，当vi=0时，输出电压vO≈0。若vi为正弦信号电压，试计算最大输出功率Pom、T1的管耗PT1、电流源的损耗和效率η最大不失真输出求最大输出功率Pom求管耗和电源损耗、求放大电路的效率显然，静态管耗是转换效率不高的原因。降低静态管耗，可以从设法降低Q点入手→甲乙类和乙类工作方式的功率放大器。8/5/2021求管耗、电流源损耗、效率输出功率最大时理想情况下，电阻负载的甲类功放最高效率也只能达到25%；变压器类负载的效率不超过50%8/5/2021乙类双电源互补对称功率放大器电路组成工作原理分析计算功率BJT的选择一对互补的PNP和NPN型三极管构成推拉式输出级正、负直流电源供电静态或功率管不导通的半个周期内，晶体管没有电流通过，管耗为零；虽减少了静态功耗，所以效率与甲类功放相比较高（理论值可达78.5%），但出现了严重的波形失真，是以牺牲线性为代价的。8/5/2021乙类功放电路组成8/5/2021乙类功放工作原理1)vi=0时，为静态vitovoto2)vi正半周时，T1导通，T2截止3)vi负半周时，T2导通，T1截止功率管在信号的正半周或负半周内导通，导通角为180°。8/5/2021乙类功放分析计算负载上的输出平均功率：最大不失真平均功率Pom：（2）转换效率的计算（1）输出功率的计算（3）功率管的功率损耗PT的计算（4）PT1、PV、PO的相关曲线最大输出功率与阻抗匹配8/5/2021最大输出功率与阻抗匹配8/5/2021转换效率η的计算若忽略放大管的饱和管压降，乙类双电源互补对称功放的最大效率可达8/5/2021功率管功率损耗PT的计算功率放大电路的功率损耗实际上是BJT三极管的功率损耗，即晶体管集电结上的功耗。一个信号周期内的平均管耗为：求最大值：选择功率管的依据之一8/5/2021平均管耗8/5/2021相关曲线对常规坐标做线性变换，以为横坐标轴x，为纵坐标轴y

直观地表达各项性能指标的特征规律：管耗最大的时候是在中间的某个位置8/5/2021相关曲线与特征规律8/5/2021功率BJT的选择每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于0.2Pom;例8.3.1电路如图所示,设VCC=12V,RL=8Ω,功率BJT的极限参数为ICM=2A,｜V（BR）CEO｜=30V，PCM=5W。试求：（1）最大输出功率Pom，并检验所给出的BJT是否能安全工作？（2）放大电路在η=0.6时的输出功率Po8/5/2021例8.3.1解：⑴求Pom，并检验BJT的安全工作情况=（12V）2/2×8Ω=9W通过BJT的最大集电极电流：最大管耗：BJTc、e极间的最大压降：iCmax=VCC/RL=12V/8Ω=1.5AvCEm=2VCC=24VPT1m≈0.2Pom=0.2×9W=1.8W求得的iCm、vCEm和PT1m

，均应分别小于极限参数ICM

、∣V（BR）CEO

∣和PCM，BJT方能安全工作。⑵求η=0.6时的Po

值:Vom=9.2V8/5/2021甲乙类互补对称功率放大器甲乙类双电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路乙类功放的优势与缺陷？死区导致交越失真（DEADBAND→CROSSOVERDISTORTION）采用近乙类的甲乙类工作方式可以有效地消除交越失真8/5/2021交越失真8/5/2021甲乙类双电源互补对称功放(OCL)1偏置电路：甲乙类工作方式可以消除交越失真假设VBB/2=VBE1=VBE2，则vi=0时，两个功率管均导通，同时vo=0利用二极管提供偏置的甲乙类双电源输出级：利用vBE扩大电路进行偏置的双电源互补对称电路：8/5/2021甲乙类双电源互补对称功放2利用二极管提供偏置的甲乙类双电源输出级：由二极管建立起来的静态偏置(Quiescentbias

)使T1、T2在静态时处于微导通状态，基本上可以消除交越失真，实现线性放大，但是大小比较难控制根据瞬时极性(instantaneouspolarity

)，vI<0时，T1管导通；vI>0时，T2管导通；其特性参数的计算同乙类放大，效率略低于乙类放大。T3管前置放大级，T1、T2构成互补对称的推拉式输出级8/5/2021甲乙类双电源互补对称功放3利用vBE扩大电路进行偏置的双电源互补对称电路：只要从工艺上保证VBE4恒定，就可以通过调整R1、R2的大小来获得T1、T2所需要的偏置电压T4、R1、R2共同为T1、T2提供合适的偏置条件，在可以忽略IB4的情况下8/5/2021甲乙类单电源互补对称功放(OTL)基本电路：信号负半周时，T2导通，C充电信号正半周时，T1导通，C放电采用单电源的互补对称电路：通过调整R1、R2的值来确保电容C上的电压为：可视为负电源8/5/2021其它类型功率放大电路1采用复合管(达林顿)的OCL电路：采用一对同型号的大功率管和一对异型号的互补的小功率管各自构成复合管来取代互补对称管，所以又称为准互补对称（Quasicomplementarycircuit）功率放大器。8/5/2021其它类型功率放大电路2桥式推挽功率放大电路(BTL电路)：在输入信号vi正半周时，T1、T3导通，T2，T4截止，负载电流由VCC经T1，RL，T3流到虚地端；在输入信号vi负半周时，T2、T4导通，T1，T3截止，负载电流由VCC经T2，RL，T4流到虚地端。实质仍然为乙类推挽放大电路相同条件下，输出功率为OTL电路的4倍，电源利用率高；效率在理想情况下，仍近似为78.5%。8/5/2021集成功率放大器在集成运放的基础上发展而来；在安全性、转换效率、输出功率和保真度方面有特殊的要求。电路内部通常引入的是深度负反馈有过热、过电流、过电压等保护电路功率器件的散热与功率BJT的二次击穿问题常用BJT集成功率放大器举例：LM380

8/5/2021LM380（封装与符号）8/5/2021LM380（内部原理图）8/5/2021LM380（典型应用1）8/5/2021LM380（典型应用2）8/5/2021作业8.3.48.4.4、8.4.58/5/2021素材1iC1iC2QiB=常数AB00vCE

VCES

VCES

Icm2IcmVcem2VcemiC1QiB=常数AB0v