第五章功率放大电路(新)

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
+VCC
T1
NPN型
vi T2
iL
PNP型 -VCC
RL
vo
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三. 几种工作状态
根据在正弦信号整个周期 内的三极管导通情况 ，可 分为几个工作状态： 甲类：一个周期内均导通 乙类：导通角等于180° 甲乙类：导通角大于180° 丙类：导通角小于180°
总之：甲类：静态损耗大，效率低，但无失真。 乙类：无静态损耗（ICQ=0），效率高，但失真大。
5.2 乙类互补对称功率放大电路
二、工作原理（设vi为正弦波）
静态时： vi = 0V ic1、ic2均=0（乙类 工作状态） vo = 0V
动态时： T1导通，T2截止 iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
vi T1 +Vcc
ic1
vi > 0V vi 0V
iL RL T2
vo
ic2
-VCC
注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。
(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 (4) 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（）。

Po max PV
100 %
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。
PV ： 电源提供的直流功率。
（5）功放管散热和保护问题
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动态功耗
Po V om 2
（当输入信号Vi时）
放大电路向电阻性负载提供的输出功率
I om 2 1 2 V om I om
在输出特性曲线上，正
好是三角形ABQ的面积，这
一三角形称为功率三角形。 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。 最大输出功率
1 1 1 P0 ( V CC ) I CQ V CC I CQ 2 2 4
交越失真
特点：
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间为半个周期 ； (3) 存在交越失真。 +VCC
T1
ui T2
iL RL -VCC
vo
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（3）电源供给的功率PV
PT 2 RL ( V CC V om


V om 4
2
)
Po = V o I o
V om 2

V om 2 RL

V om
2
2 RL
P V = Po PT
2V CC V om
RL
当 V V 时， om CC
P Vm
V om
2 V CC RL
PT1 = 1 2π 1 RL

(
π
0
( V CC V om sin t ) V om 4
2
V om sin t RL
d( t )
V CC V om
)
问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？
用PT1对Vom求导得出： PT1max发生在Vom=0.64VCC处。 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式：
二. 甲类功率放大器分析
三极管的静态功耗：
PT V CEQ I CQ
R L 的功耗相等
若
V CEQ
1 2
V CC
则三极管和负载电阻
PT P RL
1 2
V CC I CQ
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( Pomax = 2 RL
Po = V o I o V om 2
V CC V CES
)
2

(V CC V CES ) 2 RL
V om 2 RL
2

2
V CC
2
2 RL
实际输出功率Po
V om
2 RL
图解分析 演示图
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P T1max 0 . 2 V CC
2
2R L
0 . 2 P oM
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选管条件
1. PCM PT1max =0.2PoM
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输入输出波形图 vi 死区电压 vo ´ vo vo T1 +VCC
ui
T2
iL RL -VCC
动画5-2
vo
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vi
OCL电路 +VCC
T1 A
t
vo
交越失真
vi
iL
T2 RL
t
-VCC
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5.3 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
V om 4
2
V om RL
sin t ) d( t )
2
0
(
V CC V om


)
两管管耗
PT = PT1 PT2
2 RL
(
V CC V om


V om 4
2
)
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组合特性分析——图解法
动画17-1 负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCES
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三、分析计算
（1）最大不失真输出功率Pomax
此电路的最高效率

P0 m PV
1 V CC I CQ 4 I 0 . 25 V
CC CQ
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，但失真小
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2
（4）效率
=
Po PV



4 V CC

4 78.5 %
V om V CC 时，
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四．三极管的最大管耗
3. 电路中增加复合管 增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。 e c ic ib ib b T1 T1 b T2 T2 ic c c e ic ib ib b b
复合NPN型
e
复合PNP型 c ic 1 2 e 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 Department of Electronics and Information Science http://www.qcxy.hb.cn/dxx/Index.html
（2）管耗PT
单个管子在半个周期内的管耗
PT1 = 2π 1 1
π 0 π 0
(V CC v o )
vo RL
d ( t ) V om sin t RL
2
2π
(V CC V om sin t )
d( t )


1 2π
1 RL

π
(
V CC V om RL
sin t
iC
ib IBQ Q VSC vce
VT ICQ
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2.带前置放大级的功率放大器
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4. 改进后的OCL准互补输出功放电路：
T1：电压推动级（前置级）
T2、R1、R2：UBE扩大电路
R2 合理选择R1、R2大小，b3、b5间 便可得到 VBE2 任意倍数的电压。 VCE 2 VBE 2 R1 R2
vi
T1 T3
+VCC
R1 T2 R2 T5
T4 RL T6 -VCC
T3、T4、T5、T6：复合管构成互补 对称功放
iL
T2 RL
R2
-VCC
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波形关系： iB iB IBQ vBE vB1 t 特点：存在较小的静态 电流 ICQ 、IBQ 。 每Baidu Nhomakorabea导通时间大 于半个周期，基 本不失真。 t iC VSC /RE
5.1 概 述
5.2 乙类互补对称功率放大电路 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路
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准互补
一. 功放电路的特点
（1）输出功率Po尽可能大 （2） 功放电路中电流、电压都比较大，必须注意 电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、 VCEM 、 PCM 。
Ic
ICM PCM
VCEM
vce
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电源提供的功率
PV 1 2

2
0
V CC i C d ( t )
1 2

2
0
V CC ( I CQ I Cm sin t ) d t V CC I CQ
1.基本原理
电路中增加 R1、D1、D2、R2支路
+VCC R1
D1 vi D2 T1 VL
静态时: 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——甲乙类工作状态
动态时：设 vi 加入正弦信号。正半 周 T2 截止，T1 基极电位进一步 提高，进入良好的导通状态；负 半周T1截止，T2 基极电位进一步 提高，进入良好的导通状态。
P oM V CC 2R
2
L
2． V ( BR ) CEO 2V CC
3、 I CM
V CC RL
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乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真
5.1
概述
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 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
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