CTGU Fundamental of Electronic Technology 8 功率放大电路.

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1 CTGU Fundamental of Electronic Technology 8 功率放大电路

2 内容 8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 射极输出器--甲类放大的实例 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路
8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 射极输出器--甲类放大的实例 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路 8.4 甲乙类互补对称功率放大电路 8.5 集成功率放大器

3 要求 掌握功率放大电路的构成与原理

4 8.1 功率放大电路的一般问题 执行机构 1. 功率放大电路的主要作用 例1： 扩音系统 功率放大 电压放大 信号提取
1. 功率放大电路的主要作用 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。 执行机构 例1： 扩音系统 功率放大 电压放大 信号提取 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角

5 例2：温度控制 R1 a R2 vo Vsc + R3 Rt 功 放 b 温控室 A - vo1 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压
功 放 b 温控室 A - vo1 加热元件 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 A：电压放大器 T Rt Vb VO1 VO T

6 8.1 功率放大电路的一般问题 2. 功率放大电路的主要特点
2. 功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。 管子工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带负载能力要强。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角

7 8.1 功率放大电路的一般问题 3. 要解决的问题 Ic ICM PCM uce UCEM
3. 要解决的问题 (1) 要求输出功率PO尽可能的大。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 、UCEM 、 PCM 。 Ic uce UCEM ICM PCM 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角

8 8.1 功率放大电路的一般问题 3. 要解决的问题 (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。
3. 要解决的问题 (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 (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。即注意提高电路的效率（）。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PV ： 电源提供的直流功率。 (4) 管子的保护。

9 8.1 功率放大电路的一般问题 4. 提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流。
4. 提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流。 1. 从物理意义上解释低通电路 2. 稳态分析方法 3. 增益与传递函数 4. 复数的模与相角 ??? 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？

10 甲类放大：放大电路的输出没有失真的工作方式。
5. 三种工作状态 根据功放管在正弦信号整个周期内的导通情况，可将其工作状态分为：甲类放大、乙类放大、甲乙类放大三种状态。 甲类放大：放大电路的输出没有失真的工作方式。 工作点位置 电流波形 特点：管子导通角＝2，静态电流大于零，管耗大，效 率低，用于小信号放大和驱动极。

11 5. 三种工作状态 乙类放大： 晶体管只在半个周期内工作的方式 。 电流波形 工作点位置
5. 三种工作状态 乙类放大： 晶体管只在半个周期内工作的方式 。 工作点位置 电流波形 特点：管子导通角＝，静态电流等于零，管耗 小，效率高，用于功率放大电路。

12 5. 三种工作状态 甲乙类放大：两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式。 电流波形 工作点位置
5. 三种工作状态 甲乙类放大：两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式。 工作点位置 电流波形 特点：管子导通角＜ ＜2  ，静态电流很小，可提高效率、减小非线性失真，用于功率放大电路。 丙类放大：导通角小于180°

13 5. 三种工作状态 静态工作点对工作状态的影响： ??? 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？
5. 三种工作状态 图8.1.1 静态工作点对工作状态的影响： ??? 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？ 提高效率的途径：为了提高效率，应尽量降低功放管的静态工作点，使静态电流很小或为零，使电路工作在乙类或甲乙类，但这样（对于单管电路来说）将使输出波形失真很大。解决矛盾的方法是，采用互补对称或推挽式功率放大电路。

14 OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
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

15 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路 1. 电路组成 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。静态时管子不取电流，有信号时，T1和T2轮流导电，组成推挽式电路。 2) 双电源供电。 3) 输入输出端不加隔直电容。所以称为OCL电路。

16 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路 2. 工作原理 iL=ic2 1）静态时： vi = 0V  T1、T2均不工作
8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路 2. 工作原理 1）静态时： vi = 0V  T1、T2均不工作  vo = 0V 因此，不需要隔直电容。 2）动态时： vi > 0V T1导通，T2截止 iL= ic1 ; vi  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，工作在乙类放大方式。

17 3. 分析计算 （1）最大不失真输出功率Pomax 实际输出功率Po：
3. 分析计算 （1）最大不失真输出功率Pomax 实际输出功率Po： T1、T2饱和导通时输出达到最大值。则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为： 负载上得到的最大 功率Pom为： 图8.3.2

18 3. 分析计算 （2）管耗PT 单个管子在半个周期内的管耗 两管管耗

19 3. 分析计算 （3）电源供给的功率PV （4）效率 直流电源供给的功率Pv包括负载得到的信号功率和T1、T2消耗的功率。
3. 分析计算 直流电源供给的功率Pv包括负载得到的信号功率和T1、T2消耗的功率。 （3）电源供给的功率PV 当输出电压幅值最大时 电源供给的功率最大： （4）效率 当输出电压幅值最大时 效率最高：

20 4. 功率与输出幅度的关系 8.3.3

21 5. 功率BJT的选择 1．最大管耗和最大功率的关系 管耗PT是输出电压幅值Vom的函数，因此用求极值的方法求： 令 则 故
此时具有最大管耗： 最大管耗和最大输出功率之间的关系就是乙类互补对称电路选择管子的依据。

22 5. 功率BJT的选择 2．功率BJT的选择 若想得到最大输出功率，BJT的参数必须满足条件：
1．每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于 Pt1m0.2Pom； 2．管子的|V(BR)CEO|>2VCC； 3．通过BJT的最大集电极电流不低于其ICM。

23 6. 乙类放大的特点及存在的问题 (1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。

24 交越失真：由于没有直流偏置，iB必须在|vBE|大于门坎电压时才有变化，输入信号 vi在过零前后，输出信号便会出现失真，这种失真称为交越失真。

25 乙类互补对称电路存在的问题 实际测试波形

26 8.4 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. 静态偏置 设T3已有合适 的静态工作点
1. 静态偏置 设T3已有合适 的静态工作点 T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。克服了交越失真。 由于电路对称，静态时

27 2. 动态工作情况 设vi 为正弦信号。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 进入良好的导通状态。T1和T2工作在甲乙类放大状态。可进行线性放大。 ??? 　在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？

28 甲乙类双电源互补对称电路的静态工作电流虽不为零，但仍然很小，因此对它的性能指标仍可用乙类互补对称电路的公式近似进行计算。
3. 性能指标 甲乙类双电源互补对称电路的静态工作电流虽不为零，但仍然很小，因此对它的性能指标仍可用乙类互补对称电路的公式近似进行计算。

29 二、甲乙类单电源互补对称电路 1. 静态偏置 该电路的输出通过大电容C与负载耦合，而不用变压器，因而称为OTL电路。
1. 静态偏置 调整R1、R2阻值的大小，可使 此时电容上电压

30 2. 动态工作情况 在信号的负半周，T1导通，电流流过RL，同时向C充电；在信号的正半周，T2导通，已充电的C起着电源－VCC的作用，通过RL放电。 ??? 在怎样的条件下，电容C才可充当负电源的角色？

31 3. 性能指标 采用单电源的互补对称电路，由于加在每个管子的工作电压不是原来的VCC，而是VCC／2，所以计算PO、PT、PV和PTM的公式中，VCC须用VCC／2替换。

32 4. 工作点的稳定 将K点通过电阻分压器（R1、R2）与前置放大电路的输入端相连，以引入负反馈，使K点趋于稳定。

33 思考 1. 功率放大电路的主要特点和要解决的主要问题是什么？ 2. 哪种组态的放大电路作为功率放大电路较合适？为什么？
3. 提高功率放大电路效率的思路是什么？ 4. 单从效率的角度来考虑，哪种工作方式的功放效率最高？ 5. 乙类工作方式存在的突出矛盾是什么？ 6. 什么是交越失真？其产生的原因是什么？如何克服？

34 作业： 8.1.1，8.2.1, , 8.4.2,