第四章 功率放大电路 4.1 功率放大电路的一般问题 4.2 甲类功率放大电路 4.3 乙类互补对称功率放大电路 4.1 功率放大电路的一般问题 4.2 甲类功率放大电路 4.3 乙类互补对称功率放大电路 4.4 甲乙类互补对称功率放大电路

4.1 功率放大电路的一般问题 什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后， 往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动 作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。 这类主要用于向负载提供较大功率的放大电路常称为功率放 大电路，简称功放 实际负载 例： 扩音系统 功率放大 电压放大 信号提取

一. 功放电路的特点 （1）输出功率Po为交流功率 一. 功放电路的特点 （1）输出功率Po为交流功率 输出功率Po是指输出到负载的交变电压和交变电流的乘积，即交流功率。直流成分产生的功率不是输出功率 （2）输出功率Po尽可能大 VO 、 IO 为负载RL上的正弦信号的有效值。 IOM、VOM为正弦输出电流和电压的最大振幅值 。

要求： 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、U(BR)CEO 、 PCM 。 uce U(BR)CEO ICM 为获得较大输出功率，要求功率放大器工作在大电流、电压信号下，接近于极限状态，必须注意防止波形失真和功率管的保护。 PCM

(3) 较高的效率 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。 PO: 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。 （4）减小非线性失真 （5）功放管散热和保护问题 （6）采用图解分析法

V u 4.2 甲类功率放大器分析—射极输出器 Ic Q uce 1.三极管的静态功耗： R T 电源提供的平均功耗： 若 则 ICQ b1 4.2 甲类功率放大器分析—射极输出器 Ic uce Q VCEQ ICQ + u V CC L R b1 i o T 1.三极管的静态功耗： 电源提供的平均功耗： 则 若

2.动态功耗 iC M Q ICQ N uCE （当输入信号Ui时） 功率三角形 输出功率: VCC Iom VCEQ ICQ VCC M N Iom 要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。 Vom 最大输出功率:

电源提供的功率 iC M 此电路的最高效率 Q ICQ N uCE 甲类功率放大器存在的缺点： 静态功率大，效率低 VCC 输出功率小 VCEQ ICQ VCC M N 此电路的最高效率 甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小 静态功率大，效率低

3. BJT的几种工作状态 iC vCE iC iC vCE vCE 甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。 Q1 ICQ VCC 乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。 甲乙类：介于两者之间，导通角大于180° iC vCE iC vCE Q3 ICQ VCC Q2 ICQ VCC

4.3 乙类互补对称功率放大电路 一. 结构 互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支； 4.3 乙类互补对称功率放大电路 一. 结构 互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支； 两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。

二、工作原理（设ui为正弦波） 静态时： ui = 0V  ic1、ic2均=0（乙类工作状态）  uo = 0V ic1 动态时： T1导通，T2截止 ic2 iL= ic1 ; ui  0V T1截止，T2导通 iL=ic2 T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。

输入输出波形图 ui uo uo ´ 死区电压 交越失真

组合特性分析——图解法 iC1 vCE UCES VCES Q VCC iC2 Vom 负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCES

三、分析计算 1.输出功率Po 最大不失真输出功率POM

2.电源供给的功率PE

3.效率 最高效率max

四．功率BJT的选择 1、三极管功率损耗PC PC≈PE −PO

PC1max发生在Vom= 2VCC/π =0.6VCC处。 将Vom= 2VCC/π代入PC1表达式： ) 4 ( 1 2 om CC L C1 V R P - = p 问：Vom=？ PC1最大, PC1max=？ 用PC1对Vom求导，并令导数=0，得出： VCC/π - Vom/2=0 PC1max发生在Vom= 2VCC/π =0.6VCC处。 将Vom= 2VCC/π代入PC1表达式：

※3.选功率管的原则： 1. PCM PC1max =0.2POM 2． 3． CC ICM ≥ V / RL

总结 1.输出功率Po 3.管耗PC 2.电源供给的功率PE 4.效率 5.最大管耗 Vom=0.6VCC

由图可知T1、T2均为射极输出器，Av≈ 1，故vo的有效值也是10V，所以输出交流电压幅值为 【例4.1】设VCC=20V，负载RL=８Ω，如果忽略三极管的饱和电压降VCES，试求输入电压vi有效值为10V时，电路的输出功率PO、管耗PC、电源提供的功率PE和效率。 解： （1）输出功率PO： 由图可知T1、T2均为射极输出器，Av≈ 1，故vo的有效值也是10V，所以输出交流电压幅值为 VOM= 14.14V VOM <VCC，所以这里求的不是最大输出功率POM。 PO= = W=12.5W  = = ≈55.5% （2）效率： （3）电源提供的功率:PE= ≈22.5W （4）两管的管耗:PC =PE − PO=22.5W−12.5W=10W

① 求供电电源电压VCC，流过电源的峰值电流。 【例4.2】试设计一个能为８Ω负载提供16W驱动功率的乙类双电源互补对称电路。要求电源电压比负载上的峰值输出电压大2V。试求：（1）供电电源电压VCC以及流过电源的峰值电流；（2）电源提供的总功率及电路的效率；（3）估算每只三极管的最大耗散功率；（4）确定互补功率管的极限参数。 解： ① 求供电电源电压VCC，流过电源的峰值电流。 PO= =16W VOM= =16V VCC=VOM＋2=18V 所以：IOM=VOM/ RL=16/8A=2A ② 求电源提供的总功率及电路的效率。  = PE= ③ 估算每只三极管的最大耗散功率。 PC1_MAX≈ 0.2 POM=0.2 ≈4W

④ 确定互补功率管的极限参数。 | V(BR)CEO |>2VCC=36V ICM > =2.25A 【例4.2】试设计一个能为８Ω负载提供16W驱动功率的乙类双电源互补对称电路。要求电源电压比负载上的峰值输出电压大2V。试求：（1）供电电源电压VCC以及流过电源的峰值电流；（2）电源提供的总功率及电路的效率；（3）估算每只三极管的最大耗散功率；（4）确定互补功率管的极限参数。 ④ 确定互补功率管的极限参数。 | V(BR)CEO |>2VCC=36V ICM > =2.25A PCM > PC1_MAX =4W

乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真  t uo 交越失真 ui

4.4 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 1.基本原理 4.4 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 1.基本原理 前置放大电路的输出中增加 D1、D2 +0.7V 静态时: T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态 -0.7V 动态时：设 ui 加入正弦信号。负半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；正半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。

波形关系： 特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。 uBE iB t iB UT IBQ uB1 t iC Q uce VCC /Re VCC IBQ iC ib ICQ

本章小结 1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。 2．功率放大电路按输出级晶体管集电极的导通情况分为三类： 甲类放大，晶体管集电极电流iC的导通角为360˚，其效率最低； 乙类放大，iC的导通角为180˚，其效率最高； 甲乙类放大，iC导通角略大于180˚，其效率略低于乙类放大，但解决了乙类放大中的交越失真。 3.为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。

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