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

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1 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

2 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

3 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 。

4 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

5 (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

6 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

7 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:

8 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

9 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

10 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。

11 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。

12 输入输出波形图 ui uo uo ´ 死区电压 交越失真

13 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

14 三、分析计算 1.输出功率Po 最大不失真输出功率POM

15 2.电源供给的功率PE

16 3.效率 最高效率max

17 四．功率BJT的选择 1、三极管功率损耗PC PC≈PE −PO

18 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：

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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真  t uo 交越失真 ui

25 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。

26 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

27 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％。

28 作业: P112 3, 4, 5, 7, 8, 10, 11