南通大学模电课件(第八章)

8功率放大电路8.1功率放大电路的一般问题8.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.2射极输出器——甲类放大的实例8.1功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象1.功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点信号的传输放大：电压、电流、功率。功率放大——放大功率，以推动一定的负载（如扬声器、打字机、继电器、电动机等等），通常作为多级放大器或功能器件（如运算放大器）的输出级。注：功率放大电路是对交流信号的功率放大，实质是能量的转换。功率放大电路与电压放大电路的主要对比：对输出信号要求主要技术指标电路工作状态主要分析方法电压放大电路功率放大电路信号电压放大，不失真信号功率放大，失真小电压放大倍数、输入、输出电阻输出功率、转换效率、非线性失真通常在小信号工作状态通常在大信号工作状态小信号模型等效电路图解法1.功率放大电路的特点及主要研究对象(2)要解决的问题

要求输出功率尽可能的大，并安全可靠的工作。

（因V、I幅度大，管子可能工作在接近极限状态。）

效率要高。（直流功率转换成有用功率的比例越高，对外部电源的要求就低。）

非线性失真要小。（在大信号下工作，效率高和非线性失真小是一对矛盾，因此，应根据不同的场合采取不同的要求，给予合适的平衡。）

功率器件的散热问题。（三极管的散热、耐压、耐流，等等。）2.功率放大电路提高效率的主要途径在电路中，电源（如VCC）以直流功率的形式主要输出给两部分：①一部分是被转换成交流功率消耗在负载上；②另一部分消耗在电路本身——管子、电阻等，尤其是管耗。

在电压放大电路中，为保证电路不失真的传输放大信号，工作点一般置于交流负载线的中点，这就使得电路在信号为零时（此时输出的交流功率为零），仍然存在管耗，显然，效率不高。提高效率的途径是降低工作点。◆功率放大电路的四种工作状态根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分乙类：导通角等于180°(c)甲类：一个周期内均导通(a)甲乙类：导通角大于180°(b)丙类：导通角小于180°8.2射极输出器——甲类放大的实例简化电路带电流源详图的电路图特点：电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。输出电压与输入电压的关系设T1的饱和压VCES≈0.2V

vi正半周时，

vO正向振幅最大值

vi负半周时，

vO负向振幅最大值若T1首先截止若T3首先出现饱和8.2射极输出器——甲类放大的实例8.2射极输出器——甲类放大的实例VBIAS=0.6V当放大器的效率效率低8.3乙类双电源互补对称功率放大电路8.3.2分析计算8.3.1电路组成8.3.3功率BJT的选择8.3.1电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。1.电路组成tvo0vit08.3.1电路组成2.工作原理tvo0vit0①当vi=0时，vo=0；②当vi>0（正半周），T1通，T2止，vo>0。③当vi<0（负半周），T1止，T2通，vo<0。ivit0ivot0vot0根据电路分析可得：

输出最大不失真电压幅度：

vcem=VCC－vces

；若vces≈0，则vcem≈VCC

输出最大电流幅度：

icm=

vcem

/RL。

最大变化范围：

2icem和2vcem。8.3.2分析计算UD分析思路：大信号，图解法。首先确定输出电流io和输出电压vo变化范围，然后根据定义求输出功率Po、管耗PT、电源供给的功率PV以及效率η。iC1vCE10QVCEQVCCiC2vCE20Q-VCC-VCEQiC1vCE0-iC2Q±VCEQ±VCCiot0vot0icm-icm

vcemvCES-vcem-vCES1.最大不失真输出功率Pomax实际输出功率8.3.2分析计算忽略VCES时iC1vCE0-iC2Q±VCEQ±VCCvot0

vcemvCES-vcem-vCES8.3.2分析计算单个管子在半个周期内的管耗2.管耗PT两管管耗3.电源供给的功率PV当4.效率

当8.3.2分析计算注：实际效率要低于78.5%，因为需要考虑VCES的因数，将使Vom不可能达到VCC。1.最大管耗和最大输出功率的关系8.3.3功率BJT的选择当≈0.6VCC时具有最大管耗≈0.2Pom

选管依据之一管耗是选择管子的重要依据之一，因此需要求出最大管耗。根据求极值的方法：结论：乙类功放电路中，在输出电压幅度为0.6VCC时，管耗最大，相当于0.2Pom。UD选择BJT功率管时，应注意极限参数必须满足：

①每只管的最大允许管耗必须大于PT1m=0.2Pom

。②管子的耐压│V(BR)CEO│应>2VCC

。（因为截止管c-e两端最大时承受着约2VCC

的电压）③通过管子集电极的电流Iom=VCC/RL应<ICM。说明：实际使用中，通常取1.5～2倍的裕量（因为手册中给出的极限值本身就有裕量）。2．BJT功率管的选择8.3.3功率BJT的选择例1．工作在乙类的OCL电路如图所示。已知VCC=12V，RL=8Ω，vi为正弦电压。1．求在Vces≈0的时，电路的最大输出功率Pomax、及此时的效率η和管耗PT

。2．根据主要极限值选择管子。3．求管耗最大时的输出功率Po

。4．当η=0.5时，其Po为多少？解：（1）因Vces≈0，vom最大可达VCC

，UD（3）因为管耗最大时Vom≈0.6VCC

，所以管耗最大时的输出功率为：（4）因为U2．根据主要极限值选择管子。3．求管耗最大时的输出功率Po

。4．当η=0.5时，其Po为多少？（2）所选功率管的最大允许管耗必须PCM必须大于PT1max≈0.2Pom=1.8W;

管子c-e耐压V(BR)CEO应大于2Vcc=24V；管子的最大集电极电流ICM应大于Iomax=Vcc/RL=12/8=1.5A8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.4.2甲乙类单电源互补对称电路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路8.4.1甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题解决方法：，在静态时，让管子处于一种“微”导通的状态（工作点不在横轴上而是稍微上升一点——“微偏置”），可减小输出信号的非线性失真。●甲乙类功放电路就是完成这种设想的电路。8.4.1甲乙类双电源互补对称电路1.静态偏置可克服交越失真2.动态工作情况二极管等效为恒压模型设T3已有合适的静态工作点交流相当于短路★因为是“微”偏置，静态电流很小（Q点接近于横轴），所以：

主要技术指标均可按乙类互补对称功放电路的公式计算！D1D2T4R1R23．构成微偏置的一些电路RLK+VCCvo-VCCviT1T2Rc3T3Re3D1D2RW

还可用一个三极管扩大电路：

除了以上串联两个二极管的方式外，一般用（两个或一个）二极管加上一个小电阻或电位器（以便调节）；

通过对R1或R2的调节，就可调节VCE4的大小，即调节微偏置。8.4.1甲乙类双电源互补对称电路UD1．基本电路构成及特点说明：

①电容C主要作用是作电源用，注意：这一点非常重要！（因为C足够大，以至充放电时间常数τ=RLC比信号周期长得多，所以交流信号引起的充放电可忽略不计。）

电路接成甲乙类，但只用了一组电源VCC。

输出通过一大电容C与RL相接，通常这种电路为OTL功放电路（输出无变压器）。2．工作原理（1）静态工作点D1、D2导通，使电路处于微导通状态。由于有iC1=iC2，所以iL=0，vO=0，故静态时，Vk=VC=VCC/2viRLK+VCCvoT1T2Rc3T3Re3D1D2CiC1iC2iL

②静态时，电容C上电压为VCC/2。注意：这一点也非常重要！在电路工作时，T1、T2管c-e的最大端电压均为VCC/2。8.4.2甲乙类单电源互补对称电路UD（2）动态工作原理

在信号vi的正半周，vc3↓，T1截止、T2导通，VCC被T1切断，T2回路由电容C供电，与乙类T2工作时的情况一样；

在信号vi的负半周，vc3↑，T1导通、T2截止，T1回路由VCC供电，与乙类T1工作时的情况一样。voRLT2KCVi正半周+VCCvoRLT1KCVi负半周若设Vces≈0，则vom最大可达到VCC/2。viRLK+VCCvoT1T2Rc3T3Re3D1D2CiC1iC2iLUD

综上分析可知：

甲乙类单电源互补对称功放电路实际上是将电容C作为电源使用的。在信号周期中，各管均在VCC/2的电源下工作，即相当于电源为±VCC/2的甲乙类双电源互补对称功放电路的工作状况。3．计算主要技术指标

完全按照甲乙类双电源互补对称功放电路的公式计算（即用乙类公式），但应特别注意的是：将公式中的VCC用VCC/2代替！（否则将出错）解：(1)单电源OTL功放电路；+VCCvoRLviT1T2R3R1D1D2R2例：电路如图示。已知Vcc=32V，RL=16

，VCES=1V

。求(1)试计算电路最大不失真输出时的Pom、

、PT、Pv；(2)T1、T2的极限参数PCM、ICM、V(BR)CEO

。voRLviT1T2R3R1D1D2R2(2)UD例．OCL功放电路如图所示，T1、T2特性完全对称，试回答：（1）静态时输出电压Vo应是多少？调整哪个电阻能满足这一要求？（2）若动态时输出电压波形出现交越失真，则调整哪个电阻可消除？如何调整？（3）设VCC=10V，R1=R3=2KΩ，管子的VBE=0.7V，β=50，PTM=200mW，静态时Vo=0，若D1、D2和R2三个元件中任何一个开路，则将会产生什么后果？+VCCvoRL-VCCviT1T2R3R1D1D2R2解：（1）根据功放电路的性质，OCL在静态时应使Vo=0，调整R1