电子技术基础项目化教程课件 项目五 集成运算放大电路的应用 5.4.3 功率放大电路

5.4拓展知识5.4.3功率放大电路下页总目录

在多级放大电路中，输出级的主要作用是驱动负载。例如将放大后的信号送到扩大机的扬声器使其发出声音，或送到自动控制系统的电机使其执行一定的动作等。这就要求输出级向负载提供足够大的信号电压和电流，即向负载提供足够大的信号功率。这种主要作用是向负载提供功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。5.4.3功率放大电路1．功率放大电路的分类

（1）按放大电路的频率可分为：

低频功率放大电路和高频功率放大电路。

本节主要介绍低频功率放大电路。低频功率放大电路的任务是：向负载提供足够的输出功率；具有较高的效率；同时输出波形的非线性失真限制在规定的范围内。下页上页首页

（2）按功率放大电路中晶体管导通时间的不同可分：

甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放大电路。

功率管在甲类、乙类、甲乙类的工作状态下相应的静态工作点位置及波形如图5-50所示，甲类位于负载线的中点附近，甲乙类接近截止区，乙类处于截止区。低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。图5-50各类功率放大电路的

静态工作点及其波形1）甲类功率放大电路：在单管放大电路中，信号的整个周期内晶体管都处于导通状态，非线性失真小；但不论有无信号，始终有较大的静态工作电流，消耗一定的电源功率，输出功率和效率低，最高不超过50%。2）乙类功率放大电路：晶体管只在信号的半个周期内是导通的，电路会出现截至失真。3）甲乙类功率放大电路：设置有一定的静态电流，在信号电压很小时，两只管子同时导通，则每只晶体管的导通时间超过半个周期。甲乙类电路既提高了能量的转换效率，又解决了交越失真问题。

下页上页首页2．功率放大电路的特点

从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路都属于能量转换电路，都是将电源的直流功率转换成被放大信号的交流功率。但它们具有各自的特点：1）低频电压放大电路工作在小信号状态，动态工作点摆动范围小，非线性失真小，可用微变等效电路法分析计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等，一般不讨论输出功率。2）功率放大器是在大信号情况下工作，具有动态工作范围大的特点，应采用图解法进行分析，分析的主要指标是输出功率、效率等。下页上页首页3．对功率放大电路的要求

（1）输出大功率

功率放大电路的输出负载一般都需较大的功率。为了满足这个要求，功放器件的输出电压和电流的幅度都应较大，功放器件（功放管）往往接近极限运用状态。对功率放大级的分析，小信号模型已不再适用，常采用图解分析法。

（2）提高效率

所谓效率就是负载得到的有用信号功率与直流电源提供的直流功率的比值。由于功率器件工作在大信号状态，输出功率大，消耗在功放器件和电路上功率也大，因此必须尽可能降低在功放器件和电路上的功率，提高效率。

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（3）减小非线性失真

由于功率器件在大信号下工作，动态工作点易进入非线性区，为此在功放电路设计、调试过程中，必须把非线性失真限制在允许的范围内。减小非线性失真与输出功率要大又互相矛盾，在使用功率放大器时，要根据实际情况选择。例如在电声设备中，减小非线性失真就是主要问题，而在驱动继电器等场合下，对非线性失真的要求就降为次要问题了。下页上页首页

（4）散热保护

在功率放大器中，晶体管本身也要消耗一部分功率，直接表现为管子的结温升高，若结温升高到一定程度以后，管子就要损坏。因而输出功率受到管子允许的最大集电极损耗功率的限制。采取适当的散热措施，改善热稳定性，就有可能充分发挥管子的潜力，增加输出功率。下页上页首页4．低频功率放大电路的主要技术指标

低频功率放大电路的主要技术指标有以下三项：

（1）最大输出功率Pom

输出功率Po等于输出电压与输出电流的有效值乘积，即

式中，Iom表示输出电流振幅，Uom表示输出电压振幅。

最大输出功率Pom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。

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（2）效率η

效率η定义为负载得到的有用信号功率Po与电源供给的直流功率PV之比，即

电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值与其电压乘积。通常功放输出的功率大，电源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的输出功率下，减小直流电源的功耗，就可以提高电路的效率。下页上页首页

（3）非线性失真系数THD

由于功放管非线性和大信号运用易产生非线