晶体管的大信号应用 －功率放大电路

§1 功放电路的特点和分类 功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。 例 扩音系统 功率放大 电压放大 信号获取

要求输出功率尽可能大，工作于极限状态。电流、电压要求都比较大，但电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 散热问题 特点 Ic uce UCEM ICM PCM

(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真，即非线性失真要小。 大信号，用图解法分析。 (3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即电路的效率（）要高。 Po : 负载上得到的交流信号功率。 PE ：电源提供的直流功率。 Pc：管耗

分 类 根据晶体管导通时间（集电极电流的导通角）可分为： 甲类-------三极管360°导通； 甲乙类----三极管180°～360°导通 分 类 根据晶体管导通时间（集电极电流的导通角）可分为： 甲类-------三极管360°导通； 甲乙类----三极管180°～360°导通 乙类-------三极管180°导通 丙类-------三极管<180°导通

甲乙类180°～360°导通 甲类360°导通 乙类180°导通 丙类<180°导通

§2 简单甲类功率放大电路 Q ic uce USC Rb uo USC ui RE ib uo t uo 静态电流较大 功率管

为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真)，静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部）。 交流负载线 静态工作点： Q Ic uCE USC UCEQ = 0.5USC 直流负载线 若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为： uo的取值范围

1. 直流电源输出的功率 2. 输出功率

3. 效率 效率很低：静态时，晶体管和电阻也消耗 失真

如何解决效率低的问题？ 办法：降低Q点。 缺点：引起截止失真。 既降低Q点又不会 引起截止失真的办法： 采用推挽输出电路， 或互补对称射极输出器。

OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess §3 互补对称功率放大电路 互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 类型： 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （ OTL电路） 无输出电容形式 （ OCL电路） OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess

§3 .1 无输出电容的（OCL） 互补对称功放电路 一、工作原理（设ui为正弦波） 电路的结构特点： -USC T1 T2 uo +USC RL iL 一、工作原理（设ui为正弦波） 电路的结构特点： 1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。 2. 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电容。

静态分析： ic1 动态分析： T1导通，T2截止 ic2 ui = 0V  T1、T2均不工作  uo = 0V ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL ic1 因此，不需要隔直电容。 动态分析： ui > 0V T1导通，T2截止 ic2 iL= ic1 ; ui  0V T1截止，T2导通 iL=ic2 T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。

乙类放大的特点： (1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； +USC T1 Uomax ui iL RL ui T1 T2 Uo +USC Uomax

二、分析计算 1. 输出功率Po 最大功率：

2. 管耗PC

最大管耗与输出功率的关系 此式为选管依据

3 直流电源供给的功率

4 效率

三、晶体管的选择 流过晶体管的最大集电极电流应小于ICM ; PCM>0.2POmax ; 3 U(BR)CEO>2USC .

三、乙类推挽功放电路的交越失真 ui +USC T1 死区电压 t u´o ´ ui iL uo u"o RL T2 -USC uo

交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui <uT时晶体管截止。 iB uBE t ui UT

克服交越失真的措施 利用二极管提供偏置电压 利用三极管恒压源提供偏置

作业 6-1 6-2

课堂作业-2 1，功放电路和小信号放大电路有什么 异同？ 2，画出乙类互补对称功放原理电路。

§3 .2 利用复合管的互补对称功放电路 四种类型的复合管

增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： b e c ib ic 方式一： c b e T1 T2 ib ic

方式二： c b e T1 T2 ib ic b e c ib ic 复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下：   1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。

改进后的OCL准互补输出功放电路： +USC -USC R1 R2 RL ui T1 T2 T3 T4 T5 T6 T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补 输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。

§3 .3 无输出变压器的（OTL) 互补对称功放电路 当电路对称时，输出端的 静态电位等于USC /2。 为了使负载上仅获得交流 信号，用一个电容器串联 在负载与输出端之间。 电容器的容量由放大电路 的下限频率确定，即 0.5USC RL ui T1 T2 +USC C A UL + - UC L π 2 1 f R C ³

设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。 时，T1导通、T2截止； RL ui T1 T2 +USC C A UL + - ic1 交越失真 时， T1截止、 T2导通。 0.5USC ui t 若输出电容足够大， UC基本保持在0.5USC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。 ic2

D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。 实用OTL互补输出功放电路 D1 D2 ui +USC RL T1 T2 T3 C R B Re1 Re2 b1 b2 A 调节R,使静态UAQ=0.5USC Re1 、 Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。 D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。

§3.4 实际功放电路 这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； §3.4 实际功放电路 这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。

实用的OCL准互补功放电路： ui R2 负载 +24V RL T7 T8 RC8 -24V R3 T6 Rc1 T1 T2 Rb1 Rb2 Rf R1 D1 D2 T3 Re3 T4 Re4 C2 T5 Re5 C3 C4 T9 T10 Re10 Re7 Re9 C5 R4 BX 反馈级 共射放大级 准互补功放级 UBE 倍增 电路 保险管 差动放大级 偏置电路 恒流源 负载 负载

输出功率的估算： 输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8  则最大输出功率为： 实际输出功率约为 20W。 注：该实用功放电路的详细分析计算请参考《模拟电子技术基础》（童诗白主编）。

§3.5 集成功率放大器 特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。 集成功放LM384： §3.5 集成功率放大器 特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。 集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V

) 集成功放 LM384管脚说明: 14 -- 电源端（ Vcc） 3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 2、6 -- 输入端 （一般2脚接地） 8 -- 输出端 （经500 电容接负载） 1 -- 接旁路电容（5 ） 9、13 -- 空脚（NC）

- 集成功放 LM384 外部电路典型接法： Vcc 输入信号 电源滤波电容 ui 输出耦合大电容 + 调节音量 外接旁路电容 500 - + 0.1 2.7 8 14 6 2 1 5 Vcc ui 8 电源滤波电容 输出耦合大电容 调节音量 外接旁路电容 低通滤波,去除高频噪声

§3.6 变压器耦合式功放电路 一、特点 利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。 例： §3.6 变压器耦合式功放电路 一、特点 利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。 例： OCL电路中，若 RL=80 、需要输出功率 PO=50W。 根据公式 得电源电压： 90V的电压对电子电路显然不合适。 利用变压器阻抗变换关系( RL´= K2 RL)，把阻抗变小，便可解决以上问题。

变压器原、副边阻抗关系 （变阻抗） 从原边等效： 结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。

二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器 1.原理电路 iL T1 N1 USC + - RL N2 ui T2 放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。

ui T2 T1 RL + - USC iL N2 N1 输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1、T2 轮流导通。 输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。

2. 动、静态分析 静态分析： 变压器线圈对于直流相当于短路。 ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。 iL T1 USC RL + - USC iL N2 N1 2. 动、静态分析 静态分析： 变压器线圈对于直流相当于短路。 ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。

ui > 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。 RL + - USC iL N2 N1 ic1 动态分析： ic2 ui > 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。 ui < 0 时： T2导通、T1截止，ic2 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic2决定。 若ui 为正弦信号，则 iL近似为正弦波。 T1、T2都只在半个周期内工作，存在交越失真。

分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL'。 3. 输出功率及效率 ui T2 T1 RL + - USC iL N2 N1 分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL'。

三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器 USC iL Rb1 T1 Re RL ui Rb2 T2 Rb1、 Rb2、 Re 的作用：克服交越失真。

直流通道 USC 变压器线圈对于直流相当于短路： Rb1 T1 Re Rb2 T2 两个三极管都构成静态工作点稳定的共射极放大器。其静态工作点都设在刚刚超过截止区， IB很小，IC 也很小，从而降低了直流功耗。