互补对称功率放大电路原理

互补对称功率放大电路原理
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3.4 互补对称功率放大电路
教学要求
掌握甲类、乙类和甲乙类三类功率放大电路的工作原理;
理解交越失真形成机理；
了解复合管结构及其特性。

一、概述
对功率放大电路的基本要求
1.不失真情况下输出尽可能大的功率：I与U都大，管子工作在尽限状态。

2.提高效率： = P
omax / P
DC
要高
3.集电极最大功耗: P
0＝P
v
－P
C
（管耗），另一部分消耗在管子上,功放管尽限应用，选管要
保
证安全。

二、放大电路的工作状态
放大电路按三极管在一个信号周期内导通时间的不同，可分为甲类、乙类以及甲乙类放大。

在整个输
入信号周期内，管子都有电流流通的，称为甲类放大，如下表所示，此时三极管的静态工作点电流I CQ比较大；在一个周期内，管子只有半周期有电流流通的，称乙类放大；若一周期内有半个多周期有电流流通，则称为甲乙类放大。

状态一个信号周期
内导通时间
工作特点图示
甲类整个周期内导
通
失真小，静态电流大，管耗大，效率
低。

乙类半个周期内导
通
失真大，静态电流为零，管耗小，效
率高。

甲乙类半个多周期内
导通
失真大，静态电流小，管耗小，效
率较高。

三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
（一）电路组成及工作原理
采用正、负电源构成的乙类互补对称功率放大电路如下动画所示，V1和V2分别为NPN型管和PNP型管，
两管的基极和发射极分别连接在一起，信号从基极输入，从发射极输出，R L为负载。

要求两管特性相同，且V CC=V EE。

特点：去掉C，双电源，T1与T2交替工作，正负电源交替供电，输入与输出之间双向跟随。

原理：静态即u
i = 0 时，V
1
、V
2
均零偏置，两管的I BQ、I CQ均为零，u o=0，电路不消耗功率。

u i > 0时，V
1
正偏导通
，
V
2
反偏截止，i o= i E1= i C1, u O= i C1R L；
u
i
< 0 时，V1反偏截止，V2正偏导通，i o= i E2= i C2, u O= i C2R L；
问题：两管交替导电时刻，输入电压小于死区电压时，三极管截止，在输入信号的一个周期内，V1、
V2轮流导通时，基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真，称为交越失真。

且输入信号幅度越小失真越明显。

产生交越失真的原因：静态时，U
B E Q =0,u
i
尚小时，电流增长缓慢。

（二）功率和效率
1.输出功率：输出电流和输出电压有效值的乘积，就是功率放大电路的输出功率。

最大输出功率
2.电源功率：两个管子轮流工作半个周期，每个电源只提供半周期的电流。

最大输出功率时P
DC = 2V2
CC
/ R
L
3.效率：效率是负载获得的信号功率P o与直流电源供给功率P DC之比。

实用中，放大电路很难达到最
大效率，由于饱和压降及元件损耗等因素，乙类推挽放大电路的效率仅能达到60%左右。

4.管耗
直流电源提供的功率除了负载获得的功率外便为V
1、V
2
管消耗的功率，即管耗。

V
1
、V
2两管消耗的
功
最大管耗不应超过晶体管的最大允许管耗，即P
Ｃ1m
=02P om＜P CM。

5.功率管的选择
该功放晶体管实际承受的最大管耗P
Ｃ1m 为P
Ｃ1m
=V2CC/π2R L=7.3 W因此，为了保证功率管不损坏，则
要
求功率管的集电极最大允许损耗功率P CM为P CM＞P
Ｃ1m
=7.3 W。

由于乙类互补对称功率放大电路中一只晶体管导通时，另一只晶体管截止，当输出电压u o达到最大不
失真输出幅度时，截止管所承受的反向电压为最大，且近似等于2V CC。

为了保证功率管不致被反向电压所击穿，因此要求三极管的U(BR)CEO＞2V CC=2×24 V=48 V。

放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值I cmm，为使放大电路失真不致太大，则要
求功率管最大允许集电极电流I CM满足I CM＞I cmm=V CC R L=3A。

例题分析
（点击查看）
四、甲乙类互补对称功率放大电路
（一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路
克服交越失真的思想：管子工作在甲乙类,处于微导通状态。

两管合成后，相互补偿，消除失真。

电
路如下图（a）所示，利用二极管进行偏置，直流电源给V
1、V
2
提供静态电压。

工作原理：
当u
i = 0 时，V
1
、V
2
微导通。

当u
i < 0 (从小到大变化时)，V
1
微导通→充分导通→微导通；V
2
微导通→截止→微导通
当u
i > 0 (从大到小变化时)，V
2
微导通→充分导通→微导通；V
1
微导通→截止→微
导通
实际电路如上图（b）和（c）所示。

（二）复合管互补对称功率放大电路
1.复合管（达林顿管）
目的：实现异型管子参数的配对。

复合管：由两只或两只以上的三极管按照一定的连接方式，组成一只等效的三极管。

复合管的特点：类型与组成复合管的第一只三极管相同；其它特性由最后的输出三极管决定。

复合管的四种组合方式：
复合管的组成规则：
1) B1 为B，C1 或E1 接B2，C2、E2 为 C 或E；
2)应保证发射结正偏，集电结反偏；
3)复合管类型与第一只管子相同。

2.复合管互补对称放大电路举例
1.电路组成
2.工作原理
当 u i > 0 时：V 2 导通，C 放电，V 2 的等效电源电压 0.5V CC 。

当 u i < 0 时：V 1导通，C 充电，V 1 的等效电源电压 + 0.5V CC 。

注意： 应用 OCL 电路有关公式时，要用 V CC / 2 取代 V CC 。

3.OCL 电路和 OTL 电路的比较
OCL OTL
电源 双电源 单电源 信号 交、直流
交流
频率响应 好
f L 取决于输出耦合电
容 C
电路结构 较简单 较复杂
P omax
例题1.互补对称功率放大电路如图所示，已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ，忽略 UCE(sat)求该放大电路的最大输出功率Pom 以及此时电源供给的功率PDC和管耗PC1，并选管。

解：。