第9章功率放大电路

1．要求输出功率尽可能大。 2．效率要高。
由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存 在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电 源提供的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。
3．非线性失真要小。
功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地产生非 线性失真。
4．晶体管的散热问题。
输入，从射极输出，RL为负载。这个电路可以看成是由图（b）、 （c）两个射极输出器组合而成。考虑到三极管发射结处于正向
偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，T2截止，T1承担放
大任务，有电流通过负载RL；而当信号处于正半周时，T1截止，
由T2承担放大任务，仍有电流通过负载RL。
+VCC
iC1
T1 +
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甲乙类和乙类放大，虽
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然减小了静态功耗，提高了
效率，但都出现了严重的波 （a）
形失真，因此，既要保持静
iC
ωt
态时管耗小，又要使失真不
太严重，这就需要在电路结 （b）
ωt
构上采取 措施。
iC
提高效率的途径
（c）
改变功放管的工作状态
ωt
选择最佳负载
第9章 功率放大电路
9.1 放大的主要特点
功率放大电路与电压放大电路不同，它主要 要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率， 通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大电路 包含着一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊 问题。
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一、功率放大电路主要特点
图9.1 功率放大电路的三种工作状态 （a）甲类 （b）甲乙类 （c）乙类
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9.2 互补对称功放放大电路
工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利 于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号 的半个波形被削掉了。如果用两个管子，使之都 工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，而 另一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都 能加到负载上，从而在负载上得到一个完整的波 形，这样就能解决效率与失真的矛盾。
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此外，在功率放大电路中，为了输出较大 的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电 流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所 以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。
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从前面的讨论中可知，在电压放大电路中，输入信号在整 个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式通常称为甲类 放大。甲类放大的典型工作状态如下图（a）所示，此时iC≥0。 在甲类放大电路中，电源始终不断地输送功率，在没有信号输 入时，这些功率全部消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量 的形式耗散出去。当有信号输入时，其中一部分转化为有用的 输出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。可以证明，即 使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。
iL u-o
iC2
－V
（a）
CC
+
ui
RL
uo
-
-
（b）
+
ui
RL
uo
-
-
（c）
图9.2 两射极输出器组成的基本互补对称电路 （a）基本互补对称电路 （b）由NPN管组成的射极输出器
（c）由PNP管组成的射极输出器
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2.工作原理
图（a）所示的互补对称电路中，T1和T2分别为NPN型管和 PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极
导电。显然，允许的iC的最大变化范围为2Icm，uCE的变化范围
为 2 ( VCC－UCE(Sat))=2Ucem=2IcmRL。 如 果 忽 略 管 子 的 饱 和 压 降
UCES，则Ucem=IcmRL≈VCC。
+VCC
iC1
T1 +
+
u-i
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一 、 OCL 乙 类 互 补 对 称 电 路 ( 即 无 输 出 电 容 器 Output
Capacitorless的缩写）。
1、电路组成：下图（a）所示的互补对称电路。
+VCC iC1
+VCC
－V CC
T1
+
T1
+
T2
+
+
u-i
T2 RL
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+
u-i
T2 RL
+
iL u-o
ui
-
iC2
－V CC
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这样，图（a）所示基本互补对称电路实现了在静态时管子 不取电流，而在有信号时，T1和T2轮流导电，组成推挽式电路。 由于两个管子互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路
通 常 称 为 互 补 对 称 电 路 （ 也 称 为 OCL 电 路 ， 即 无 输 出 电 容 器 Output Capacitorless的缩写）。
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iC
（a） ωt
iC
（b） ωt
iC
（c） ωt
图9.1 功率放大电路的三种工作状态 （a）甲类 （b）甲乙类 （c）乙类
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第9章 功率放大电路
二、 功率放大电路提高效率的主要途径
怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出 功率呢？从甲类放大电路中知道，静态电流是造成管耗的主要 因素。如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输 出的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也 随之增大，这样电源提供给功率及管耗都随着输出功率的大小 而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。利用图（b）、 （c）所示工作情况，就可实现上述设想。在图（b）中，有半 个周期以上iC＞0；图（c）中，一周期内只有半个周期iC＞0， 它们分别称为甲乙类和乙类放大。甲乙类和乙类放大主要用于 功率放大电路中。
+VCC iC1
T1
+
+
T1
+
u-i
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T2 RL
iC2 －V CC
+
iL u-o
ui
R
-
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3. 分析计算
第9章 功率放大电路
参见图（a），为分析方便起见，假定三极管是理想的，即
只要ui＞0（正半周），T1就开始导电，则在一周期内T1导电时
间约为半周期。T2的工作情况和T1相似，只是在信号的负半周