模拟电子技术基础 第九章 功率放大电路
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9-功率放大电路
1. R2短路； uO =VCC－uBE1－uBE2 2. R2断路；
复合管共射放大电路
534
若复合管工作在放大状态，则可能因功耗过大而烧坏； 若T3管工作在饱和状态，则uO=UECS3+UBE4。
出现故障要重新认识电路！ 故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！
讨论二：出现下列故障时，将产生什么现象?
讨论一
Uom
VCC UCES 2
RL R8 RL
Pom
Uo2m,
RL
π o2mU 4 VCC
Au 10，Ui UAom u
3. 最大输出功率和效率的表达式；
若输入电压不足够大 则不能输出最大功率
4. 说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；
讨论一
R7、R8是电流 采样电阻
滞后补偿
工作原理
因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL → C “－”， C 放电。
静态时，uI
UB
UE
VCC 2
需前级电路为它设置合适的Q点
特点
Uom (VCC
2) UCES 2
效率 Pom PV
最大输出功率的估算
U om
复合管共射放大电路
534
若复合管工作在放大状态，则可能因功耗过大而烧坏； 若T3管工作在饱和状态，则uO=UECS3+UBE4。
出现故障要重新认识电路！ 故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！
讨论二：出现下列故障时，将产生什么现象?
讨论一
Uom
VCC UCES 2
RL R8 RL
Pom
Uo2m,
RL
π o2mU 4 VCC
Au 10，Ui UAom u
3. 最大输出功率和效率的表达式；
若输入电压不足够大 则不能输出最大功率
4. 说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；
讨论一
R7、R8是电流 采样电阻
滞后补偿
工作原理
因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL → C “－”， C 放电。
静态时，uI
UB
UE
VCC 2
需前级电路为它设置合适的Q点
特点
Uom (VCC
2) UCES 2
效率 Pom PV
最大输出功率的估算
U om
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
第九章 功率放大电路
图9.1.2 AB类工作状态
第九章 功率放大电路
9.1.3
提高功率放大电路效率的方法 提高功率放大电路效率的方法
由于电源供给的功率是由信号输出功率和管耗组成的， 因此降低管耗可有效地提高功放电路的效率。 由功放工作 状态分类可知， 静态电流是产生管耗的主要因素， 提高效 率应尽可能降低功放管的静态工作点， 使静态电流很小或 为零， 所以， 功放电路通常采用AB类或B类工作状态。
第九章 功率放大电路
3. C类工作状态 类工作状态 如图9.1.1(c)所示， 工作点Q位于截止区, ICQ=0， 导通角 θ<180°。 特点： 静态电流等于零; 动态时， 小于半个周期以内有 电流， 导通角θ<180°， 效率更高， 失真最大； 用于高频功 率放大电路。 此外， 还有一种工作状态称为AB类工作状态， 它介于A 类与B类状态之间。 在这种状态下， 放大管中的电流流通时 间大于信号的半个周期， 而小于整个周期， 如图9.1.2所示。 这种工作状态兼有A类失真小和B类效率高的优点， 是A类和 B类的折中方案。
第九章 功率放大电路
图9.2.1 双电源互补跟随对称功放电路 (a) 电路图； (b) 正半周； (c) 负半周
第九章 功率放大电路
2. 工作原理 工作原理 静态(ui=0)时，V1、V2处于微导通状态， 静态工作电流 IC1Q=IC2Q≈0, IL=0。 动态(ui≠0)时，在输入信号正半周时(ui>0)，V1管发射结 因加正向电压而导通，V2管截止， 集电极电流iC1流过负载 RL；在输入信号负半周时(ui<0)，V1管截止， 而V2管导通， 集电极电流iC2流过负载RL，但方向与正半周相反， 波形如图 9.2.1(b)、(c)所示。 显然，在输入信号一个周期内，V1、V2两管交替工作， 以弥补对方不能导通的半个周期的波形， 在负载RL上合成一 个完整的输出波形。 由于该电路两管特性参数对称， 并且 正、 负电源相等， 故又称之为互补跟随推挽功率放大器。
模拟电子技术答案 第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
自测题
一、选择合适的答案填入括号内。
(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可获得的最大( A )。
A.交流功率
B.直流功率
C.平均功率
(2)功率放大电路的转换效率是指( B )。
A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比；
B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比；
C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比。
(3) 在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有( BDE )。
A ．β
B ．I CM
C ．I CBO
D ．U CEO
E ．P CM
F ．f T
(4) 若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为CES U ，则最大输出功率P OM =( C )。
A.2
()2CC CES L
V U R - B.21()2CC CES L V U R - C.2
1()22CC CES L V U R -
图T9.1 图T9.2
二、电路如图T9.2 所示，已知T l 和T 2的饱和管压降2CES U V =，直流功耗可忽略不计。 回答下列问题：
(1)R 3、R 4 和T 3的作用是什么？
(2)负载上可能获得的最大输出功率P om 和电路的转换效率η各为多少？
(3)设最大输入电压的有效值为1V 。为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V ，电阻R 6至少应取多少千欧？
解：(1)消除交越失真。
(2)最大输出功率和效率分别为：
2
()162CC CES om
L
V U P W R -==, 69.8%4CC CES CC V U V πη-=⋅≈ (3)由题意知，电压放大倍数为：
模拟电子技术第九章
N1 2 ) RL N2
，全部消耗在管子上。
则可作出交流负载线
在理想变压器的情况 下，最大输出功率为
P0 m I CQ VCC 2 2 1 I CQVCC 2
即三角形QAB的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 %
三、功率放大电路的分析方法
采用图解法
9.1.2 功率放大电路的组成
一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路
1.无输入信号作用时 直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形ABCO的面积。 集电极电阻RC的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形QBCD的面积。
图9.1.1 (a)共射放大电路 晶体管集电极耗散功率为ICQ UCEQ
复习：
1.功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率 2.功放电路的分类：
Uop = VCC – UCES
甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类
变压器耦合、OTL、OCL和BTL
VCC－U CES U Om＝ 2 2 2 U Om （VCC－U CES） POm＝ ＝ RL 2R L
3.OCL功放的性能指标：
即图中矩形AQDO的面积。
图9.1.1输出功率和效率的图解分析
2.在输入信号为正弦波时， 若集电极电流也为正弦波
直流电源提供的直流功率不变
，全部消耗在管子上。
则可作出交流负载线
在理想变压器的情况 下，最大输出功率为
P0 m I CQ VCC 2 2 1 I CQVCC 2
即三角形QAB的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 %
三、功率放大电路的分析方法
采用图解法
9.1.2 功率放大电路的组成
一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路
1.无输入信号作用时 直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形ABCO的面积。 集电极电阻RC的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形QBCD的面积。
图9.1.1 (a)共射放大电路 晶体管集电极耗散功率为ICQ UCEQ
复习：
1.功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率 2.功放电路的分类：
Uop = VCC – UCES
甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类
变压器耦合、OTL、OCL和BTL
VCC－U CES U Om＝ 2 2 2 U Om （VCC－U CES） POm＝ ＝ RL 2R L
3.OCL功放的性能指标：
即图中矩形AQDO的面积。
图9.1.1输出功率和效率的图解分析
2.在输入信号为正弦波时， 若集电极电流也为正弦波
直流电源提供的直流功率不变
第九章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器
第9章 功率放大电路
9.1 低频功率放大电路概述
实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、 电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大 电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要 用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。
第9章 功率放大电路
甲类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体 管均导通；乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期 内，晶体管仅在半个周期内导通；甲乙类功率放大电路的特征 是在输入信号的整个周期内，晶体管导通时间大于半周而小于 全周。 小信号放大电路中（如共射放大电路），在输入信号的整个 周期内，晶体管始终工作在线性放大区域，故属甲类工作状态。 本章将要介绍的OCL、OTL功放工作在乙类或甲乙类状态。
Icm
Q 2Icm O Uces Ucem 2Ucem
Uces uCE O
B ic 2
(a)
(b)
图9 – 3 双电源互补对称电路的图解分析
第9章 功率放大电路
(1) 输出功率Po:
2 U cem I cm 1 1 U cem Po I cmU cem (9-4) 2 RL 2 2 2
第9章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器
第9章 功率放大电路
9.1 低频功率放大电路概述
实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、 电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大 电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要 用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。
第9章 功率放大电路
甲类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体 管均导通；乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期 内，晶体管仅在半个周期内导通；甲乙类功率放大电路的特征 是在输入信号的整个周期内，晶体管导通时间大于半周而小于 全周。 小信号放大电路中（如共射放大电路），在输入信号的整个 周期内，晶体管始终工作在线性放大区域，故属甲类工作状态。 本章将要介绍的OCL、OTL功放工作在乙类或甲乙类状态。
Icm
Q 2Icm O Uces Ucem 2Ucem
Uces uCE O
B ic 2
(a)
(b)
图9 – 3 双电源互补对称电路的图解分析
第9章 功率放大电路
(1) 输出功率Po:
2 U cem I cm 1 1 U cem Po I cmU cem (9-4) 2 RL 2 2 2
童诗白《模拟电子技术基础》(第4版)章节题库(功率放大电路)
2．不甲类功率放大方式比较，乙类 OCL 互补对称功率放大方式的主要优点是（ ）。 A．丌用输出发压器 B．丌用输出端大电容 C．效率高 D．无交越失真 【答案】Ｃ
二、填空题 １．已知 OTL 电路的电源电压 VCC＝16V，扬声器阻抗 RL＝8Ω，其最大丌失真输出功
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调整电阻 R1、R2 即可得到 UBE 任意倍数的直流电压值。同时该电路也具有一个 PN 结 的任意倍数的温度系数，可用于温度补偿。
（3）电阻 RE1、RC2 和 RE3、RE4 的作用。电阻 RE1、RC2 的调节可以保证输出 VT3、VT4 管有一个合适的静态工作点，使 IE3、IE4 丌致过大；温度升高时，管 VT3、VT4 的增加，通 过 RE1、RC2 可泄露掉一部分；另外 RE1、RC2 对 VT2 管有限流保护的作用。
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三、计算分析题 １．准互补 OCL 电路对称输出电路如图 9-1 所示。试回答下述问题。 （1）电路何以称为准互补 OCL 电路的对称形式? （2）简述图中三极管 VT1～VT5 构成的形式及作用； （3）说明电阻 RE1、RC2 和电阻 RE3、RE4 的作用； （4）调节输出端静态电位时，应调整哪个元件? （5）调整电阻 R1，可解决什么问题? （6）当 VCC＝18V，VT3、VT4 管的 UCES＝2V，RE3＝RE4＝0．5Ω，R1＝8Ω 时，求 R1 上的最大丌失真输出功率 Pom。
二、填空题 １．已知 OTL 电路的电源电压 VCC＝16V，扬声器阻抗 RL＝8Ω，其最大丌失真输出功
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调整电阻 R1、R2 即可得到 UBE 任意倍数的直流电压值。同时该电路也具有一个 PN 结 的任意倍数的温度系数，可用于温度补偿。
（3）电阻 RE1、RC2 和 RE3、RE4 的作用。电阻 RE1、RC2 的调节可以保证输出 VT3、VT4 管有一个合适的静态工作点，使 IE3、IE4 丌致过大；温度升高时，管 VT3、VT4 的增加，通 过 RE1、RC2 可泄露掉一部分；另外 RE1、RC2 对 VT2 管有限流保护的作用。
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三、计算分析题 １．准互补 OCL 电路对称输出电路如图 9-1 所示。试回答下述问题。 （1）电路何以称为准互补 OCL 电路的对称形式? （2）简述图中三极管 VT1～VT5 构成的形式及作用； （3）说明电阻 RE1、RC2 和电阻 RE3、RE4 的作用； （4）调节输出端静态电位时，应调整哪个元件? （5）调整电阻 R1，可解决什么问题? （6）当 VCC＝18V，VT3、VT4 管的 UCES＝2V，RE3＝RE4＝0．5Ω，R1＝8Ω 时，求 R1 上的最大丌失真输出功率 Pom。
模电第九章功率放大电路
2. 输出功率、效率和管耗的计算 由于输出波形是两管共同作用的结果，为了便于分析，将 V#-2管的输出特性曲线倒置在V1管的右下方，并令两者在Q点，
即uCE=UCC处重合，就得到了如图3-28所示的两管组合后的特性
曲线。交流负载线为过Q点且斜率为-1/RL的直线，根据输入的正 弦信号，Q点在交流负载线上移动，信号为正半周时，V1管导通， 可得到其集电极电流 iC1 和集- 射之间的电压 uCE1 的半波波形；信 号为负半周时，V2管导通，得到iC2和uCE2的半波波形，这样在负 载 RL 上是完整的正弦电流、电压波形。显然 , 允许的 iC 的最大变 化范围为2Icm，uCE的最大变化范围为2(UCC-UCES)=2Ucem。
三极管V1和V2，其中一个为NPN型，另一个为PNP型。
静态时，前级电路应使基极电压为UCC/2，所以两管的发射 极电压也为UCC/2，则电容上的电压也等于UCC/2，极性如图3-26 所示。 设电容容量足够大，对交流信号视为短路，三极管b-e间 的开启电压忽略不计。在 ui 的正半周， V1 管导通， V2 管截止， 电流iC1从UCC流出，经V1管和电容C后流过负载RL到公共端，方 向如图中实线所示。由于V1管和负载RL组成的电路为射极输出
iC
iC
(b) ICQ O
Q O
iB＝ 常数
t
u CE
图 3-24 Q点下移对工作状态的影响 (a) 甲类放大； (b) 甲乙类放大； (c) 乙类放大
模拟电子技术基础第9章习题答20120515
第9章 功率放大电路
习题
9.2已知电路如图P9.2所示，T 1和T 2管的饱和管压降CES U =3V ，V CC =15V ，R L =8Ω，选择正确答案填入空内。
(1)电路中D 1和D 2的作用是消除( C )。
A.饱和失真
B.截止失真
C.交越失真
(2)静态时，晶体管发射极电位U EQ ( B )。
A.>0
B.=0
C.<0
(3)最大输出功率P OM ( C )。
A.≈28W
B.=18W
C.=9W om
2CC CES 22CC CES om L L L V V (
)U (V V )2p R R 2R --=== (4)当输入为正弦波时，若R 1虚焊，即开路，则输出电压( C )。
A.为正弦波
B.仅有正半波
C.仅有负半波
(5)若D 1虚焊，则T 1管( A )。
A.可能因功耗过大而烧坏
B.始终饱和
C.始终截止
9.5 在图P9.5所示电路中，已知二极管的导通电压为U D =0.7V ，晶体管导通时的0.7BE U V =，T 2和T 3管发射极静态电位U EQ =0V 。试问：(1)T 1、T 3和T 5管的基极静态电位各为多少？(2)设R 2=10kΩ，R 3=100Ω。若T 1和T 3管基极的静态电流可以忽略不计，则T 5管集电极静态电流约为多少？静态时I u =？(3)若静态时i B1>i B3,则应调节哪个参数可使i B1=i B3？如何调节？(4)电路中二极管的个数可以是1、2、3、4吗？你认为哪个最合适？为什么？
解：(1)T 1、T 3和T 5管的基极静态电位分别为1 1.4B U V =； 30.7B U V =-； 517.3B U V =-
模电9-功率放大电路
9.1 功率放大器特点
功率（能量）并不能放大，功率放大器的工作过程， 功率（能量）并不能放大，功率放大器的工作过程， 实质上是直流功率（能量）转换为交流功率的过程。 实质上是直流功率（能量）转换为交流功率的过程。
1．对功放的要求（功放的特点） 对功放的要求（功放的特点）
电路输出功率尽可能大； （1）电路输出功率尽可能大； （2）放大器处于大信号工作状态 ； （3）三极管要尽限使用 ； （4）转换效率高 ； （5）非线性失真要小 ； （6）用图解法分析 ； （7）要解决散热问题 。
3．甲类功率放大器
三极管工作在甲类状态， 三极管工作在甲类状态， 但受输出限制，功率较小。 但受输出限制，功率较小。
4．乙类推挽功率放大器
两只三极管交替工作， 两只三极管交替工作， 输出功率较大。 输出功率较大。但变压器 体积较大，不太实用。 体积较大，不太实用。
9.2 互补对称功率放大器
1．OTL互补对称功率放大器 互补对称功率放大器
2．三极管几种工作Biblioteka Baidu态
三极管的不同工作状态，决定了不同类型的功放。 三极管的不同工作状态，决定了不同类型的功放。 （1） 甲类工作状态 静态工作点位于放大区中央。 静态工作点位于放大区中央。 （2） 乙类工作状态 静态工作点位于截至区边缘。 静态工作点位于截至区边缘。 （3） 甲乙类工作状态 静态工作点位于放大区下端（靠近截至区）。 静态工作点位于放大区下端（靠近截至区）。 （4） 丙类工作状态 静态工作点位于截至区内 。
功率（能量）并不能放大，功率放大器的工作过程， 功率（能量）并不能放大，功率放大器的工作过程， 实质上是直流功率（能量）转换为交流功率的过程。 实质上是直流功率（能量）转换为交流功率的过程。
1．对功放的要求（功放的特点） 对功放的要求（功放的特点）
电路输出功率尽可能大； （1）电路输出功率尽可能大； （2）放大器处于大信号工作状态 ； （3）三极管要尽限使用 ； （4）转换效率高 ； （5）非线性失真要小 ； （6）用图解法分析 ； （7）要解决散热问题 。
3．甲类功率放大器
三极管工作在甲类状态， 三极管工作在甲类状态， 但受输出限制，功率较小。 但受输出限制，功率较小。
4．乙类推挽功率放大器
两只三极管交替工作， 两只三极管交替工作， 输出功率较大。 输出功率较大。但变压器 体积较大，不太实用。 体积较大，不太实用。
9.2 互补对称功率放大器
1．OTL互补对称功率放大器 互补对称功率放大器
2．三极管几种工作Biblioteka Baidu态
三极管的不同工作状态，决定了不同类型的功放。 三极管的不同工作状态，决定了不同类型的功放。 （1） 甲类工作状态 静态工作点位于放大区中央。 静态工作点位于放大区中央。 （2） 乙类工作状态 静态工作点位于截至区边缘。 静态工作点位于截至区边缘。 （3） 甲乙类工作状态 静态工作点位于放大区下端（靠近截至区）。 静态工作点位于放大区下端（靠近截至区）。 （4） 丙类工作状态 静态工作点位于截至区内 。
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导电回路（电路） 散热回路（热路）
参 量 符 号 单 位 参 量 符 号 单位
电压 U 电流 I
电阻 R
V 温 差 ΔT oC A 最大允 PCM W
许功耗 Ω 热 阻 RT oC/W
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模拟电子技术基础
散热等效热路
PCM
j Tj
Rjc c Tc
Rcs s Ts
Rsa a Ta
Tj——集电结的结温 Tc ——功率管的壳温 Ts ——散热器温度 Ta ——环境温度 Rjc ——集电结到管壳的热阻 Rcs ——管壳至散热片的热阻 Rsa ——散热片至环境的热阻
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模拟电子技术基础
[例] 电路如图所示，已知电源电压 VCC=15V，RL=8W。输入信号是正弦 波。问：
T1 (a) 假设 UCES=0 V时，负载可 能得到的最大输出功率和能量 + 转换效率最大值分别是多少？ u_i T2
(b) 当输入信号ui=10sin t V
时，求此时负载得到的功率 和能量转换效率。
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模拟电子技术基础
9.3.4 功率器件的散热
晶体管的散热示意图
R( t h ) c s
外壳c
R(th)jc
R ( t h ) s a 散热器s 环境a
集电结j
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模拟电子技术基础
功率器件的散热分析方法 电——热模拟法,即用电路来模拟功率器件的散热 回路。
导电回路和散热回路参数对照表
Uom=10 V
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模拟电子技术基础
3. 电路存在的主要缺陷 存在交越失真
a. 产生失真的原因
晶体管存在死区电压
b. 失真的现象
+ u_i
当ui小于晶体管的死区电压
时，T1、T2都截止。
输出电流出现一段“死区
”
上页
+VCC
T1
iC1
io
+
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
的性能完全相同，=60，|UBE|=0.7 V。试问:
R2
+VCC (18V)
uI
R1
5kW
Baidu Nhomakorabea
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V) 上页 下页
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模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
iB
O
iC uBE O
输出信号
交越失真 t
O
ui
交越失真的产生
输入信号
在两个管子交替工作区域出 现的失真称为交越失真
t
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模拟电子技术基础
4. 克服交越失真的常用方法 给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工 作于微导通状态，即甲乙类工作状态。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.2.2 甲乙类互补推挽电路 RE
T2
RL uo
_
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.2.4 前置级为运放的功率放大电路 R2
+ VCC
1. 电路组成
R1 + uI _
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
下页 返回
模拟电子技术基础
电路引入了电压 并联负反馈，提 高了电路的稳定 性。
R1 + uI _
(1) 该电路采用什么方法来减小交越失真? (2) 如负载RL分别为20 W 、10 W时，其最大不失真输 出功率分别为多大?
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模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
(3) 为了使不失真输出功率达到最大，其电路的最佳负 载RLopt 及此时的最大输出功率Pom ； (4) 功放管T1 和T2的极限参数PCM、 ICM 和|U(BR)CEO| 应 选多大?
T2导通 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo _
_VCC
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模拟电子技术基础
iC
O
乙类互补推挽电路工作情况
Uopp=2(VCC – UCES)
Q
uCE
Uopp O
iC uCE
T1通
t
T2通
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模拟电子技术基础
2. 主要指标计算 设
(1) 输出功率
+VCC
T1
iC1
io
+
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模拟电子技术基础
b. ui >0 时 T1导通 输入信号ui T1
+VCC iC1
电流io方向 输出信号uo
T2截止 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
c. ui <0 时
电流io方向 +VCC
T1截止 输入信号ui T1
输出信号uo
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
两个电源供给的总电源功率
(3) 能量转换效率
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
当
时
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
iC
静态工作 点位置
iC1
集电极电 流波形
QA
ICQ
特点
O
a. 静态功耗 b. 能量转换效率低
=2
uCE O
2 ωt
大
c. 放大管的导通角θ =2π
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模拟电子技术基础
(2) 乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
iC2 = π
集电极电 流波形
O
特点
a. 静态功耗 b. 能量转换效率高
QA
+VCC
T1
+ T2 RL uo
_ _ VCC
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模拟电子技术基础
(3) 因为输出功率最大时，输出 电压的幅值为
ui
所以输入电压的有效值为
+VCC
T1
+ T2 RL uo
_ _ VCC
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模拟电子技术基础
[例2] 在图示电路中，已知运放性能理想，其最大的输 出电流、电压分别为15 mA和15 V。设晶体管T1和T2
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
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模拟电子技术基础
2. 电路的闭环电压增益
A·uf≈－R2/R1
R1 + uI _
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
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模拟电子技术基础
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模拟电子技术基础
思考题
1. 功率放大器的作用是什么？对它有那些要求？它 与电压放大电路有哪些区别？
2. 试说明甲类、乙类和甲乙类功率放大器各自的主 要特点。
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模拟电子技术基础
9.2 互补推挽功率放大电路
9.2.1 乙类互补推挽功率放大电路
+VCC
T1
iC1
io
电路特点 (1) 晶体管T1、T2特性对称
思考题
1. 乙类互补推挽功率放大器产生交越失真的原因 是什么？怎样克服交越失真？
2. 前置级为运放的功率放大电路交越失真很小， 为什么？
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模拟电子技术基础
9.3 功率器件与散热
9.3.1 双极型功率晶体管（BJT） 1. 功率管的选择
在互补推挽功率放大电路中,功率管的极限参数应 满足以下关系
1. 利用二极管提供偏压
T3
+
ui
T1
_ D1
D2
二极管提供偏压，使 T1、T2呈微导通状态
T2 RC
+VCC iC1
io +
RL uo
iC2
_
_VCC
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模拟电子技术基础
2. 利用扩大电路实现偏置 R1
图中
R2
+ ui R3 _
R4
上页
+ VCC T1
T3
+
RL T2
uo _
_VCC
g 栅极
结构剖面图
s 源极
金属 源极 S i O2
P N+ N_外延层 沟道
N+ P 沟道
N +衬底
d 漏极
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模拟电子技术基础
2. V型NMOS管的主要特点 (1) 开关速度高 (2) 驱动电流小 (3) 过载能力强 (4) 易于并联
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模拟电子技术基础
9.3.3 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）
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模拟电子技术基础
9.2.3 单电源功率放大电路
1. 电路组成 2. 工作原理 (1) 当ui=0 时
uA=VCC/2
RE T3
+ ui _ D1
D2
uC=VCC/2
RC
输出电压uo=0
+ VCC
T1
uC
A+
+
C
T2
RL uo
_
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模拟电子技术基础
(2) 当ui为负半周时 uB1信号为正半周 T1导通， T2截止
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模拟电子技术基础
散热回路的总热阻为
最大允许功耗
PCM
=
Tj - Ta
RT
PCM
j Tj
Rjc c Tc
Rcs s Ts
Rsa a Ta
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模拟电子技术基础
练习题
[例1] 乙类互补推挽功放电路如图所示。已知ui为正弦
电压，RL=8W，要求最大输出功率为16W。假设功率
管T1和T2特性对称，管子的饱和压降UCES = 0。试求：
+
+ (2) 电源对称
u_i
T2
RL uo iC2 _
(3) T1、T2射极输出
_VCC
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模拟电子技术基础
1. 工作原理
设ui=Uimsin t
a. 当ui =0 时 UA =0
T1、T2截止 uo=0
静态功耗为零
+VCC
iC1 T1
io
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
uCE
O π 2 π 3 π ωt
c. 输出失真大 d. 放大管的导通角θ =π
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模拟电子技术基础
(3) 甲乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
集电极电 流波形
iC3 π < < 2π
O
特点 a. 静态功耗较小
QA
ICQ
uCE
O
π
c. 输出失真较大
2π 3πωt
b. 能量转换效率较高 d. 放大管的导通角π<θ <2π
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
当Uom达到最大值(VCC – UCES)时 +
当忽略三极管的饱和压降UCES时 u_i
+VCC
T1
iC1
io
+
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
(2) 电源供给的功率 平均集电极电流IC(AV)为
IGBT等 效电路
d
IGBT电 路符号
T1 R
g
T2
s
d
g
T
s
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模拟电子技术基础
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：
(1) 输入阻抗高 (2) 工作速度快 (3) 通态电阻低 (4) 阻断电阻高 (5) 承受电流大
兼 顾 了 MOSFET 和 BJT 的 优点，成为当前功率半导 体器件发展的重要方向。
+VCC iC1
io
+ RL uo iC2 _ _VCC
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模拟电子技术基础
[解] (a)
+ (b) 对每半个周期来说，电 u_i
路可等效为共集电极电路，
所以
Au≈1
+VCC
T1
iC1
io
+
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
故
uo=ui=10sin t
(1) 正、负电源VCC的最小值； (2) 当输出功率最大时，电 源 ui
+VCC T1
供给的功率；
+
(3) 当输出功率最大时的输入 电压的有效值。
T2 RL uo _
_ VCC
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模拟电子技术基础
[解] (1) 由于电路的最大输出功率
ui
所以电源电压 VCC≥ (2) 当输出功率最大时，电源供给的功率
输出信号为正半周 电容C同时充电
RE T3 + ui uB1 _ D1
D2 uB2 RC
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
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模拟电子技术基础
(3) 当ui为正半周时 uB2信号为负半周 T1截止， T2导通 输出信号为负半周
电容C放电
RE T3 + ui uB1 _ D1
D2 uB2 RC
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
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模拟电子技术基础
电容C起负电 源–VCC的作用
注意：
每只管子的工作电压变 成 了 VCC/2 ， 在 计 算 各 项指标时，电源电压要 用VCC/2。
RE T3 + ui _ D1
D2
RC
+ VCC
T1
uC
A+
+
C
模拟电子技术基础
9 功率放大电路 9.1 功率放大电路的特点及分类
1．特点 (1) 要有尽可能大的输出功率 (2) 效率要高 (3) 非线性失真要小 (4) 要加装散热和保护装置 (5) 要用图解法分析
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模拟电子技术基础
2．工作状态分类 根据晶体管的静态工作点的位置不同分
(1) 甲类放大电路
(1) PCM≥0.2Pom (2) |U(BR)CEO|>2VCC (3) ICM＞VCC/RC
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模拟电子技术基础
2．二次击穿的影响
二次击穿临界曲线
二次击穿现象
iC
iC
二次击穿
B
一次击穿
A
O
uCE O
S/B曲线
uCE
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模拟电子技术基础
9.3.2 功率MOSFET 1. V型NMOS管的结构
_VCC
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模拟电子技术基础
(4) 晶体管的耗散功率
令
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
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模拟电子技术基础
即当输出电压幅值为
晶体管的管耗最大 最大管耗为
每只管子的最大管耗为
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC