模拟电子技术基础 课件 第8章 功率放大电路

第8章功率放大电路8.1功率放大电路概述8.2互补功率放大电路8.3集成功率放大电路本章讨论的问题：1、什么是功率放大电路，功率放大电路是放大功率吗？对功率放大电路的基本要求是什么？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？2、什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？3、功率放大电路的输出功率是交流功率还是直流功率?晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？4、在已知电源电压和负载的情况下，如何估算出最大输出功率以及转换效率？5、功放管和小信号放大电路中晶体管的选择有何不同？如何选择？8.1功率放大电路概述

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。

功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别；只是功放既不单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。因此，从功放电路的组成和分析方法，到其元器件的选择都与小信号放大电路又着明显的区别。

功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。

对输出级的要求互补输出级是直接耦合的功率放大电路。

对输出级的要求：带负载能力强；直流功耗小；负载电阻上无直流功耗；最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。射极输出形式静态工作电流小输入为零时输出为零双电源供电时Uom的峰值接近电源电压。单电源供电Uom的峰值接近二分之一电源电压。

8.1.1功率放大电路的特点一、主要技术指标1.最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为Po＝IoUo。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。2.转换效率

功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。3.非线性失真要小4.散热问题额定功率是指在失真允许的范围内放大器输出的最大功率。最大不失真功率是指在不失真的情况下最大输出功率。功放管通常为大功率管，要特别注意其散热条件，使用时必须安装散热片，有时还要采取各种保护措施。三、分析方法

因大信号作用，故应采用图解法。晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管承受的最大管压降最大时接近c-e反向击穿电压U（BR）CEO晶体管消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率PCM二、晶体管的选用

根据极限参数选择晶体管。在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时，要注意极限参数的选择，以保证管子正常工作；另外还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管承受的最大管压降最大时接近c-e反向击穿电压U（BR）CEO晶体管消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率PCM晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管承受的最大管压降最大时接近c-e反向击穿电压U（BR）CEO晶体管消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率PCM四.对功率放大路的要求（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态（2）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态（3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态（1）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。（2）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。五、晶体管的工作方式为什么共射放大电路不宜作功率放大电路？直流电源提供的功率为ICQVCC,晶体管的集电极耗散功率为ICQUCEQ

静态时：输入正弦波时：电源输出的平均电流为ICQ,因此电源提供功率不变，管压降电流的最大分量为ICQRL’,有效值为ICQRL’/√2,所以负载上可能获得的最大功率为RL数值越小，功率越小为了提高功率，可以去掉集电极电阻RC,直接将负载接在集电极，并利用变压器实现阻抗变换①输入信号增大，输出功率如何变化？②输入信号增大，管子的平均电流如何变化？③输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？适合做功放吗？8.1.2功率放大电路的组成1、变压器耦合功率放大电路--甲类(

=2

)1、变压器耦合功率放大电路---甲类(

=2

)：电源提供的功率ICQUCC调整变压器匝数RL’=(N1/N2)2RL，使交流负载线交于2UCC交流输出最大功率2、乙类(

=

)乙类(

=

)乙类互补对称(

=

)（1）变压器耦合乙类推挽电路

信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。

两只管子交替工作，称为“推挽”。设β为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。（2）OTL电路—无输出变压器功率放大电路

输入电压的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充电。输入电压的负半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放电。C足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。（3）OCL电路—无输出电容功率放大电路输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地输入电压的负半周：

地→RL→T2→－VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，UEQ＝UBQ＝0。

互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。

OTL电路采用单电源供电，

OCL电路采用双电源供电。8.2互补功率放大电路8.2.1双电源互补对称功率放大电路(OCL)(OCL—OutputCapacitorless)一、乙类OCL互补功率放大电路T1、T2理想对称，静态时T1、T2均截止，UB=UE=0(OCL—OutputCapacitorless)1、电路组成及工作原理RLT1T2+UCC+ui

+uo

UCCui>0T1导通T2截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui<0T2导通T1截止iC2io=-iE2=-iC2,uO=-iC2RLui=0T1、T2截止iO2、交越失真消除失真的方法：设置合适的静态工作点。信号在零附近两只管子均截止开启电压存在问题：当输入电压小于死区电压时，三极管截止，引起

交越失真。3、消除交越失真的互补输出级对偏置电路的要求：有合适的Q点，且动态电阻尽可能小，即动态信号的损失尽可能小。如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通状态，那么当有信号输入时两只管子中至少有一只导通，因而消除了交越失真。二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.6～0.8V的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。二、甲乙类双电源互补功率放大电路---消除交越失真ui=0，给T1、T2提供静态电压准互补输出级---消除交越失真为保持输出管的良好对称性，输出管应为同类型晶体管。

二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放工作在甲乙类状态。求解输出功率和效率的方法:然后求出电源的平均功率，效率在已知RL的情况下，先求出UO，则三、OCL功率放大电路的图解分析-----当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析---当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析OCL功率放大电路的图解分析1.

输出功率2.

效率3.OCL电路中晶体管的选择--极限参数PT1对UOm求导，并令其为0，可得证明：管子功耗与输出电压峰值的关系因此，选择晶体管时，其极限参数将UOm代入PT1的表达式，可得【OCL电路小结】1.输出功率2.电源功率PE=2V2CC/

RL3.效率实际约为60%最大输出功率时：RL+VCC+ui

+uo

VCC每只管子最大管耗为

0.2Pom5.选管原则PCM>0.2PomU(BR)CEO>2VCCICM>VCC/RL4.管耗RL+VCC+ui

+uo

VCC[例1]

在图示电路中已知VCC

＝15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES＝3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL＝4

。（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。解（1）（2）因为UO≈Ui，所以UO≈8V。最大输出功率[例2]

已知：VCC=VEE=24V，RL=8

，忽略UCE(sat)

求Pom

以及此时的

PE、PT1，并选管。[解]PE=

2V2CC/

RL=2242//(

8)=45.9(W)=0.5(45.936)=4.9(W)U(BR)CEO>48VICM>24/8=3(A)可选：U(BR)CEO=60

100VICM=5APCM=10

15WRL+VCC+ui

+uo

VCC输入电压的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充电。输入电压的负半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放电。C足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。8.2.2单电源互补对称功率放大电路—OTL电路(OutputTransformerless)一、OTL乙类互补对称电路存在的问题：交越失真2.OTL乙类互补电路图解分析电容C2的作用：1)充当VCC/2电源2)耦合交流信号当ui=0时，1.电路结构二、OTL甲乙类互补对称电路当ui=0时：调节R1、R2，使T1、T2有个合适的偏置，并且当ui>0时：T2导通，C2放电，T2的等效电源电压

0.5VCC。当ui<

0时：T1导通，C2充电，T1的等效电源电压

+0.5VCC。应用OCL电路有关公式时，要用VCC/2取代VCC。2.OTL电路工作原理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Pomax讨论一：出现下列故障时，将产生什么现象?1.R1短路；2.R1断路；3.D1短路；4.D1断路；5.T1集电极开路。讨论二：出现下列故障时，将产生什么现象?1.R2短路；2.R2断路；3.D1短路；4.D1断路；5.T1集电极开路。T2、T5的极限参数：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。

1、R1、R