第五章功率放大器

3、直流电源供给的功率PV 、直流电源供给的功率
主讲人： 主讲人：田汉平
直流电源供给的功率P 包括负载得到的信号功率和T 直流电源供给的功率 V包括负载得到的信号功率和 1、 T2消耗的功率两部分。 消耗的功率两部分。 当vi=0时，PV=0； 时 ； 当vi≠0时， 时
2VCCVom P = P +P = V o T πRL
ηmax =
P max O
P E
= 25%
(RL=RE时)
(8-9)
在放大电路中， 在放大电路中，输入信号在 整个周期内都有电流流过放 大器件的工作方式称为甲类 大器件的工作方式称为甲类 放大。 放大。 甲类放大电路的优点是输出 甲类放大电路的优点是输出 优点 信号失真小。缺点是最高效 信号失真小。缺点是最高效 率只能达到50% 率只能达到50% 一周期内只有半个以上或半 个周期i 个周期 C>0的放大电路分别称 的放大电路分别称 甲乙类或乙类放大。 为甲乙类或乙类放大。 甲乙类和乙类放大工作状 甲乙类和乙类放大工作状 优点是降低了管子的 态。优点是降低了管子的 静态功耗。缺点是输出信 静态功耗。缺点是输出信 号出现了严重失真。 号出现了严重失真。
1 T PE = ∫ VCC iC dt T 0
主讲人： 主讲人：田汉平
= I CQ + I cm sin(ωt + ϕ )
∫
T
0
iC dt = VCC × ICQ =
2 VCC
2RL
2）. 最大负载功率 ） 2 2 Vommax 0.5VCC 2 2 V 2 P max = = = CC O RL 8RL RL 3）. 最大效率 ）
iL RL -VCC
vo
交越失真： 交越失真：输入信号 vi在过零 前后， 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。 为交越失真。
(8-16)
主讲人： 主讲人：田汉平 乙类放大的特点： 乙类放大的特点： (1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； 等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 存在交越失真。 右图基本互补对称电路实现 了在静态时管子不取电流， 了在静态时管子不取电流， 而在有信号时， 而在有信号时，T1和T2轮流 vi 推挽式电路 导电，组成推挽式电路。 导电，组成推挽式电路。由 于两个管子互补对方的不足， 于两个管子互补对方的不足， 工作性能对称， 工作性能对称，所以这种电 路通常称为互补对称 互补对称电路 路通常称为互补对称电路 +VCC T1
(8-18)
1、输出功率 、
主讲人： 主讲人：田汉平
输出功率是输出电压有效值V 和输出电流有效值I 输出功率是输出电压有效值 0和输出电流有效值 0的乘 也常用管子中变化电压、 积。也常用管子中变化电压、变化电流有效值的乘积表 表示输出电压的幅值， 示。用Vom表示输出电压的幅值，则：
2 Vom Vom 1 Vom P = Vo Io = ⋅ = ⋅ o 2 2RL 2 RL
(8-3)
主讲人： 主讲人：田汉平 例2：温度控制 ： R1 R1-R3:标准电阻 标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 热敏电阻 A：电压放大器 ： R2 Rt 温控室 a R3 b + + - A vo1 Vcc 功 放
加 热 元 件
vo
温度调节 过程
T T
Rt
Vb
VO1
VO
(8-4)
(8-19)
1 V 1 V 1 cc P = ⋅ = ⋅ ≈ ⋅ om 2 RL 2 RL 2 RL
2 om
2 cem
2 主讲人： 主讲人：田汉平 V
上式中的I 可以分别用下图中的AB和 表示 表示， 上式中的 cm和Vcem可以分别用下图中的 和BQ表示， 因此，三角形ABQ的面积就代表了工作在乙类的互补对 因此，三角形 的面积就代表了工作在乙类的互补对 电路输出功率的大小 的大小。 称电路输出功率的大小。 对应于右图的负载线AQ， 对应于右图的负载线AQ， 其功率三角形面积最大， 其功率三角形面积最大， 非线性失真不明显。 非线性失真不明显。这 是一种理想状态。 是一种理想状态。 右图所示的工作中， 右图所示的工作中， 负载是固定的， 负载是固定的，不能 随意改变的。 随意改变的。
Po max η= × 100% PE
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。 电源提供的直流功率。 可以证明：前面的共射极放大电路作为功放使用时， 可以证明：前面的共射极放大电路作为功放使用时， 在输出信号不失真的情况下，最大效率为50% 在输出信号不失真的情况下，最大效率为
2 Vom 2 1 π VCCVom = ∫0 RL sin ωt − RL sin ωtd(ωt) 2π
2 VCCVom Vom 1 = π − 4 RL
2 2 VCCVom Vom T T T 两管的管耗为： P = P 1 + P 2 = R π − 4 L (8-21)
(8-6)
主讲人： 主讲人：田汉平 问题讨论: 射极输出器输出电阻低，带负载能力强， 问题讨论 射极输出器输出电阻低，带负载能力强， 在输出不失真时可以用做功率放大器吗
估算射极输出器的效率 ： ic (设RL=RE) 设 VCC
RE
不合适， 不合适，因 为效率太低 。 ib
VCC Rb
Q
VCC vi vo RE vo vo t
USC VCC RE RE
ICQ = =
0.5VCC 0.5VCC
RE
RL 若忽略晶体管的饱和 压降和截止区， 压降和截止区，输出 信号v 信号 o的峰值最大只 能为： 能为： Vommax = 0.5VCC
(8-8)
1）. 直流电源输出的功率 ）
iC = I CQ + ic
VCC 1 T P = ∫ VCCiC dt = E T 0 T
iL RL T2 -VCC
vo
(8-17)
5.2.2 分析计算
主讲人： 主讲人：田汉平
假设只要V 假设只要 BE>0，T1就开始导电，T2管与 1管相似，只 ， 就开始导电， 管与T 管相似， 的合成曲线如下。 是在负半周工作，组成T 是在负半周工作，组成 1和T2的合成曲线如下。 若忽略管子的饱和压降，则有： 若忽略管子的饱和压降，则有：Vcem=IcmRL≈Vcc
vi
iL RL T2 -VCC
vo
(8-14)
电路的工作原理（ 为正弦波） 电路的工作原理（设vi为正弦波）
静态分析： 静态分析： vi = 0V → T1、T2均不工作 → vo = 0V
主讲人： 主讲人：田汉平
+VCC T1
因此，不需要隔直电容。 因此，不需要隔直电容。 动态分析： 动态分析： vi > 0V vi < 0V T1导通，T2截止 vi 导通， iL= ic1 ; T1截止，T2导通 截止， iL=ic2
主讲人： 主讲人：田汉平
3、分析功放电路应注意的问题 、
(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大， 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: 限值 ICM 、VCEM 、 PCM 。 Ic ICM PCMVCEMvce(8-5)
主讲人： 主讲人：田汉平 (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止 电流、电压信号比较大， 波形失真。 波形失真。 (3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 电源提供的能量尽可能转换给负载， 晶体管及线路上的损失。 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路 的效率（ 的效率（η）。
互补对称电路
电路工作在 正半周时
电路工作在 负半周时
(8-13)
主讲人： 主讲人：田汉平
电路的结构特点： 电路的结构特点：
T1
+VCC
1. 由NPN型、PNP型三极 型 型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成。 输出器对接而成。 2. 双电源供电。 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电 容。
在右图所示电路中， 在右图所示电路中，晶体管都工作 在射极输出器状态， ， 在射极输出器状态，AV≈1，当 Vim=Vom=Vcem≈Vcc和Iom=Icm时，可 获得最大输出功率。 获得最大输出功率。
2 2 2 1 Vom 1 Vcem 1 Vcc P = ⋅ = ⋅ ≈ ⋅ om 2 RL 2 RL 2 RL
(8-20)
主讲人： 主讲人：田汉平 2、管耗PT 、管耗 设输出电路为 vo = Vom sin ωt ，则T1的管耗为：
vo 1 π P1 = T ∫0 (VCC − vo ) RL d(ωt) 2π Vom sin ωt 1 π = ∫0 (VCC −Vom sin ωt) RL d(ωt) 2π
T2
ic1
iL RL
vo
ic2
-VCC
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方 乙类放大。 式，为乙类放大。
(8-15)
乙类放大的输入输出波形关系: 乙类放大的输入输出波形关系 vi t 死区电压 v´o ´ t v"o t vo t 交越失真 vi T2 T1
主讲人： 主讲人：田汉平 +VCC
(8-2)
2、功率放大器的作用： 、功率放大器的作用：
主讲人： 主讲人：田汉平
用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬 用作放大电路的输出级， 驱动执行机构。 输出级 执行机构 声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。 声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。
例1： 扩音系统 ： 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
主讲人： 主讲人：田汉平
甲类放大