第三章四互补对称功率放大电路

第三章四互补对称功率放大电路第1页，课件共32页，创作于2023年2月§3.4互补对称功率放大电路教学要求1.掌握甲类、乙类和甲乙类三类功率放大电路的工作原理;2.理解交越失真形成机理；3.了解复合管结构及其特性。第2页，课件共32页，创作于2023年2月

一、概述对功率放大电路的基本要求1.不失真情况下输出尽可能大的功率：I与U都大，管子工作在极限状态。2.提高效率：

=Pomax/PDC

要高3.集电极最大功耗:

PC=PDC-PO功放管极限应用，选管要保证安全。二、放大电路的工作状态

放大电路按三极管在一个信号周期内导通时间的不同，可分为甲类、乙类以及甲乙类放大。在整个输入信号周期内，管子都有电流流通的，称为甲类放大，如下表所示，此时三极管的静态工作点电流ICQ比较大；在一个周期内，管子只有半周期有电流流通的，称乙类放大；若一周期内有半个多周期有电流流通，则称为甲乙类放大。第3页，课件共32页，创作于2023年2月状态一个信号周期内导通时间工作特点图示甲类整个周期内导通失真小，静态电流大，管耗大，效率低。乙类半个周期内导通失真大，静态电流为零

，管耗小，效率高。甲乙类半个多周期内导通

失真大，

静态电流小

，管耗小，效率较高。第4页，课件共32页，创作于2023年2月三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)(OCL—OutputCapacitorless)（一）电路组成及工作原理

采用正、负电源构成的乙类互补对称功率放大电路如下动画所示，V1和V2分别为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极分别连接在一起，信号从基极输入，从发射极输出，RL为负载。要求两管特性相同，且VCC=VEE。特点：双电源，V1与V2交替工作，正负电源交替供电，输入与输出之间双向跟随。0第5页，课件共32页，创作于2023年2月原理：静态即ui=0时，V1

、V2

均零偏置，两管的IBQ、ICQ均为零，uo=0，电路不消耗功率。ui>0时，V1正偏导通，V2反偏截止，io=iE1=iC1,uO=iC1RL；ui<0时，V1反偏截止，V2正偏导通，io=iE2=iC2,uO=iC2RL；问题：两管交替导电时刻，输入电压小于死区电压时，三极管截止，在输入信号的一个周期内，V1、V2轮流导通时，基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真，称为交越失真。且输入信号幅度越小失真越明显。产生交越失真的原因：静态时，UBEQ=0,ui尚小时，电流增长缓慢

。（二）功率和效率1.输出功率：输出电流和输出电压有效值的乘积，就是功率放大电路的输出功率。第6页，课件共32页，创作于2023年2月2、直流电源的供给功率（1）集电极电流平均值（2）两电源供给总功率第7页，课件共32页，创作于2023年2月（3）最大输出功率时电源总功率3、效率：实用中，放大电路很难达到最大效率，由于饱和压降及元件损耗等因素，乙类推挽放大电路的效率仅能达到60%左右。第8页，课件共32页，创作于2023年2月

4.管耗最大管耗不应超过晶体管的最大允许管耗，即PＣ1m=0.2Pom＜PCM。第9页，课件共32页，创作于2023年2月例3.4.1P99已知：VCC=VEE=24V,RL=8Ω,求：pom,pDc,pc1及选管第10页，课件共32页，创作于2023年2月5.功率管的选择

该功放晶体管实际承受的最大管耗PＣ1m为PＣ1m=V2CC/π2RL=7.3W因此，为了保证功率管不损坏，则要求功率管的集电极最大允许损耗功率PCM为PCM＞PＣ1m=7.3W。

由于乙类互补对称功率放大电路中一只晶体管导通时，另一只晶体管截止，当输出电压uo达到最大不失真输出幅度时，截止管所承受的反向电压为最大，且近似等于2VCC。为了保证功率管不致被反向电压所击穿，因此要求三极管的U(BR)CEO＞2VCC=2×24V=48V。

放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值Icmm，为使放大电路失真不致太大，则要求功率管最大允许集电极电流ICM满足ICM＞Icmm=VCC/RL=3A。第11页，课件共32页，创作于2023年2月四、甲乙类互补对称功率放大电路1、乙类互补对称功放的交越失真（一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路第12页，课件共32页，创作于2023年2月克服交越失真的思路：管子工作在甲乙类,处于微导通状态。两管合成后，相互补偿，消除失真。

电路如下图（a）所示，利用二极管进行偏置，直流电源给V1、V2提供静态电压。2、甲乙类互补对称功率放大电路+UBE4-+UCE4-工作原理：当ui=0时，V1、V2

微导通。当ui<0(从小到大变化时)，V1微导通

充分导通

微导通；V2微导通

截止

微导通当ui>0(从大到小变化时)，V2

微导通

充分导通

微导通；V1微导通

截止

微导通。实际电路如上图（b）和（c）所示。第13页，课件共32页，创作于2023年2月（二）复合管互补对称功率放大电路1.复合管（达林顿管）

目的：实现异型管子参数的配对。复合管：由两只或两只以上的三极管按照一定的连接方式，组成一只等效的三极管。复合管的特点：类型与组成复合管的第一只三极管相同；其它特性由最后的输出三极管决定。第14页，课件共32页，创作于2023年2月复合管的四种组合方式：同型复合：异形复合：第15页，课件共32页，创作于2023年2月复合管的组成规则：1)B1

为B，C1

或E1

接B2，C2、E2

为C或E；2)应保证发射结正偏，集电结反偏；3)复合管类型与第一只管子相同。2.复合管互补对称放大电路举例（1）接有泄放电阻的复合管：P102图3.4.7（2）准互补对称功放电路：P103图3.4.8ICEO1第16页，课件共32页，创作于2023年2月（三）甲乙类单电源互补对称放大电路OTL电路：当ui>0时：V2

导通，C放电，V2

的等效电源电压

0.5VCC。

当ui<

0时：V1导通，C充电，V1的等效电源电压+0.5VCC。

注意：应用OCL电路有关公式时，要用VCC/2取代VCC

。3.OCL电路和OTL电路的比较

OCLOTL电源双电源单电源信号交、直流交流频率响应好fL

取决于输出耦合电容

C电路结构较简单较复杂2.工作原理1.电路组成第17页，课件共32页，创作于2023年2月4、计算公式第18页，课件共32页，创作于2023年2月第19页，课件共32页，创作于2023年2月§3.5多级放大电路教学要求:熟悉零点漂移产生的主要原因及抑制零漂的方法；

掌握多级放大电路的几种主要耦合方式；

掌握理想运算放大器的理想条件。

第20页，课件共32页，创作于2023年2月一、多级放大电路的组成及性能指标的估算（一）多级放大电路的组成耦合：级与级之间的连接方式。1.耦合方式：共四种。

直接耦合：电路简单，能放大交、直流信号，各级静态工作点“Q”互相影响，不利于调整，零点漂移严重；电路利于集成化，低频特性好。阻容耦合：各级静态工作点“Q”相互独立，只放大交流信号；不利于集成化，低频特性差。光电耦合：主要用于耦合开关信号，抗干扰能力强。变压器耦合：各级静态工作点“Q”相互独立，可实现阻抗的变换；用于选频放大器、功率放大器等；不利于集成化,低频特性差。第21页，课件共32页，创作于2023年2月2.电路的组成:

输入级：与信号源相连接的第一级放大电路。输出级：与负载相连接的末级放大电路。中间级：输入级与输出级之间的放大电路。（二）多级放大电路性能指标的估算

多级放大电路的输入电阻：Ri=Ri1

多级放大电路的输出电阻：Ro=Ron

第22页，课件共32页，创作于2023年2月p105例3.5.1、两级共发射极电容耦合放大电路如图所示，已知三极管V1的β1=60，rbe1=2kΩ,V2的β2=100，rbe2=2.2kΩ,各电容的容量足够大。试求放大电路的Au、Ri、RO。第23页，课件共32页，创作于2023年2月第一级电压增益第二级电压增益第24页，课件共32页，创作于2023年2月总的电压增益：Au=Au1·Au2=(-9.6)×(-111)=1066A(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)=19.6+41=60.6(dB)输入电阻等于第一级输入电阻：Ri=Ri1=R1//R2//[rbe1+(1+β1)R4]≈5.7KΩ输出电阻等于末级输出电阻：Ro=R8=4.7KΩRiRO第25页，课件共32页，创作于2023年2月二、通用型集成运算放大器的组成及基本特性（一）通用型集成运放(OperationalAmplifier)的组成1.模拟集成电路的特点1）大电阻用恒流源代替，不采用大容量电容元件，大电容外接；2）采用差分电路、恒流源电路和OCL电路形式，元件相对误差小，温度的均一性好；3）电路中间级采用直接耦合，减少级间耦合元件个数和耦合损耗；4）高增益、高输入电阻、低输出电阻。2.组成框图第26页，课件共32页，创作于2023年2月

输入级：采用差分放大电路，可大大减小温漂。

输出级：采用甲乙类互补对称放大电路，带负载能力强，非线性失真小。

中间级：采用有源负载的共发射极电路，电路增益大。

偏置电路：主要采用镜像电流源，微电流源等电流源电路。3.通用型集成运算放大器CF741简化电路

输入级：V1、V3和V2、V4组成共集-共基组合差分电路，V5、V6组成有源负载，构成双端变单端电路。

中间级：V7、V8组成复合管共射极放大电路，采用有源负载，电路电压高增益。

输出级：V9

V13构成典型的甲乙类互补对称功率放大电路（OCL电路），V11为推动级。采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为0.5VCC。第27页，课件共32页，创作于2023年2月（二）集成运算放大器电路符号及理想化条件1.集成运算放大器电路符号第28页，课件共32页，创作于2023年2月2.集成运算放大器理想化的条件理想化的条件：1）Aud→∞

2）Rid→∞

3）KCMR→∞

4）RO→0

5）失调和温漂趋于零。3.理想运放工作在线性区的两个特点：

1）u+

u–(虚短）证明：根据理想化的条件uo=Aud(u+–u–)=Auduid，u+–u–=uo/Aud

0

2）i+

i–

(虚断）证明：i+=uid/Rid

0，同理i–

04.理想运放工作在非线性区的两个特点：只存在两种状态

1）u+>u–时，uo=Uomax，u+

<u–时，uo=-Uomax

2）i+

i–

(虚断）