模拟电子技术基础：第8章 功率放大电路

第8章功率放大电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础本章主要内容基本概念：

①三极管的甲类、乙类和甲乙类工作状态；

②交越失真2.PO（输出功率）；POM（最大输出功率）；3.PV（电源供给的功率）=PO+PT；本章主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。【要求重点掌握以下内容：】电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础6.双电源互补对称电路工作在乙类时，BJT器件安全工作必须要满足的极限参数（3个）：

PCM，│V(BR)CEO│，ICM4.PT（管耗）5.

η（效率）=PO/PV；本章主要内容电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础8.1功率放大电路的一般问题一.什么是功率放大电路？能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。

二者无本质的区别，都是能量的控制与转换。二.功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？不同之处在哪里？电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

不同之处在于：各自追求的指标不同。电压放大电路：功率放大电路：主要要求使负载得到不失真的电压信号，其输出功率并不一定很大；通常为小信号放大电路。主要要求获得尽可能大的不失真（或失真较小）输出功率和转换效率，通常是在大信号状态下工作。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.功率放大电路的特点要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载，带载能力要强。四.功率放大电路中的特殊问题输出功率要大；效率要高；输出功率电源提供的功率η越大，效率越高电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础非线性失真要小；管耗较大，要考虑散热问题；功放管的保护问题由于功放管处于大信号下工作，故分析功率放大电路时通常采用图解法。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础四.功率放大电路提高效率的主要途径问题1原来的共射放大电路能不能用作功率放大电路？【分析】QICQ电压放大电路中Q点要尽可能设置到中间的位置，且在没有交流信号输入时，仍存在静态量IBQ，ICQ，VCEQ电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础QICQ甲类放大电路的特点：称为甲类放大电路在整个周期内都有电流流过放大器件，即在一周期内iC>0。甲类放大电路的缺点：①管耗大故电压放大电路不适宜作为功率放大电路！②效率低ηmax=50%电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础【分析】问题2那么，怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出功率，进而提高转换效率η呢？Q应尽量减小静态功耗使IBQ↓，ICQ

↓Q点↓iC波形产生失真称为甲乙类放大电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础为得到高效率，先不管iC波形的失真，继续使Q点降低至极限情况——落到横轴上。Q称为乙类放大电路乙类放大电路的特点：①在一个周期内只有半个周期iC>0。②ηmax=78.5%缺点：波形失真严重电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础Q甲乙类放大电路的特点：称为甲乙类放大电路在一个周期内有半个周期以上iC>0。甲乙类放大电路的缺点：iC波形会产生失真电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？消耗在管耗上。提高功放效率的根本途径是减小功放管的功耗。功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？

采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产生交越失真。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一.结构互补对称：电路中采用两个双极性三极管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。8.2乙类双电源互补对称功率放大电路

OCL:Output

Capacitorless【无输出电容器】电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RLui-VCCT2二.工作原理（设ui为正弦波）先单独分析一下T1和T2：RLui+-VBE前提：忽略b、e间压降，即：视VBE=0。∵是射极输出∴为电压跟随器T1T2ui＞0时，T1导通；ui≤0时，T1不导通ui＜0时，T2导通；ui≥0时，T2不导通二者可以互补输出电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础静态时：ui=0V综合分析该互补输出电路iC2iC1

ic1、ic2均=0（乙类工作状态）

uo=0V——没有电流，故没有消耗，从而解决了静态功耗的问题电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础动态时：ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;综合分析该互补输出电路iC1电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2两个管子交替承担放大任务，在负载上得到完整的正弦波。综合分析该互补输出电路iC2组成“推挽式电路”电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.组合特性分析——图解法Icm2Icm2VcemVcem=UCES1VcciC的最大变化范围应为ICM总=2IcmvCE的变化范围应为Vcem总=2Vcem

=2IcmRL负载上的最大不失真电压Vom电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础最大不失真输出功率Pom输出功率Po四.电路参数计算设Vom为输出电压的最大值，即幅值，则有效值Vo为：∵，若忽略UCES则这里需熟记电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础一个管子的管耗管耗PT两管管耗设输出电压为而这里需熟记电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础求最大管耗PTM

用求极限的方法求解：对Vom求导，令导数为0。因时具有最大管耗。即：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础该公式用来求最大管耗而已求得则体现的是最大管耗和最大输出功率之间的关系。这里需熟记电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础电源供给的最大功率直流电源供给的功率PV当PV一部分供给负载输出：另一部分供给管耗：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础效率

最高效率

max可见效率与负载RL无关这里需熟记电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础五.选功率BJT管的原则最大允许管耗PCM必须大于PT1m≈0.2Pom；应选用│V(BR)CEO│>2VCC；通过BJT的最大集电极电流为VCC/RL，所选BJT的ICM一般不宜低于此值。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础乙类互补对称放大电路的输入输出波形图uiuououo

´交越失真死区电压考虑实际电路中VBE≠0Si:约0.6VGe:约0.2V电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础8.3甲乙类互补对称功率放大电路一.甲乙类双电源互补对称电路【OCL互补对称电路（OutputCapacitorless）】解决方法：设法建立合适的Q点，使两只三极管T1和T2均工作在临界导通或称微导通状态。因此想到利用二极管进行偏置，从而可以克服交越失真。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：

静态时，即vi＝0T3必导通。看直流通路：从+VCC经Re3、T3、D1、D2、RC3到-VCC形成一个通路，则：T1和T2均处于微导通状态电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2两管分别有一个微小的基极电流IB1和IB2导致两管集电极分别有微小的电流IC1和IC2从而建立了一个在输出特性曲线上较低的Q点——电路处于甲乙类工作状态。分析工作原理：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础

动态时，设vi=VmSinωtvi>0，即正半周时T1导通，T2截止；

T1

基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；T2导通，T1截止；T2

基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。Vi<0，即负半周时B1和B2可近似视为一点voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础T1和T2管在vi作用下输入特性中的图解分析可见，两只管子的导通时间都比输入信号的半个周期长，即在信号电压很小时，两只管子同时导通，因而它们工作在甲乙类状态。输入信号电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础前面讲的这个电路解决了乙类放大电路的交越失真问题，但它也存在一个缺点：由于D1、D2的导通压降是固定的，故电路的偏置电压不可调。如何解决这个问题？电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础voviT3Re3Rc3iC1iC2iLiB1iB2B2B1R1*R2T4改进电路：-+VCE4VBE4+-将D1、D2的位置换成一个三极管T4。只考虑改进部分：∵∴而VBE4固定(Si:0.6~0.7V)，故调整R1与R2的比值就可改变T1与T2间偏置电压。电路缺点：双电源！电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3单电源供电输出大电容代替原来负电源供电电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3分析工作原理

静态时，即vi＝0合理设置R1、R2有适当的数值，可使K点电位VK=VC=VCC/2。T3导通，D1、D2导通T1、T2微导通二.甲乙类单电源互补对称电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3IB3VB3VB2VB1VKIC3为了提高电路工作点的稳定性能，引入一负反馈。若温度变化使VK↑，则有：VK↑→VB3↑→IB3↑IC3↑↓VC3↓↓VB2↓←VK↓←使VK趋于稳定二.甲乙类单电源互补对称电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3

动态时，设vi=VmSinωtT1导通、T2截止，有电流通过RL向C充电T1截止、T2导通，已充电的C通过RL放电，电容起到了负电源的作用。vi>0，即正半周时vi<0，即负半周时二.甲乙类单电源互补对称电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3电路参数的计算前面计算各参数的公式中的VCC都要用VCC/2来代替方可。电路的优点解决了互补对称电路工作点的偏置和稳定问题，实现单电源供电。二.甲乙类单电源互补对称电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3电路存在的问题实际电路很难达到理想的输出电压幅值Vom≈VCC/2，而明显小于VCC/2【分析现象原因】二.甲乙类单电源互补对称电路电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.自举电路【了解即可！】【参见教材P208图5.3.5】RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3+C3R3A把图中D点与VCC得连线断开，串进去一个电阻R3，进而引入一个R3C3支路，为自举电路。电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.自举电路【了解即可！】【参见教材P208图5.3.5】RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3+C3R3A故C3被充电后，其两端电压为：

静态时，即vi＝0而电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础三.自举电路RC3ReCeR2R1D1