运算放大器及其线性应用

Ma Liming Electronic Technique 21
2. 输出功率和效率
在OCL电路中, 每只三极管集电极静态电流为零,
因而该电路效率高。 1） 输出功率Po
当输入正弦信号时，每只三极管只在半周期
内工作， 忽略交越失真，并设三极管饱和压降
UCES=0 ，在 Uom≈UCC 时输出电压幅度最大。最大
Po 2 RL PDC 2 U U om CC RL
2 U 1 OCL电路最高效率为： CC Po 2 RL m 78.5% PDC 2 U U CC 4 CC RL Ma Liming Electronic Technique 25

om
4)管耗:
足对方缺少的半个周期，RL上仍得到 与输入信号波形相接近的电流和电压。 故称这种电路为乙类互补对称放大电路。
Ma Liming
Electronic Technique
19
U CC
uI
o
iC1
V
1
io1
iO1
t
U
io2
＋
o
t t t
E
ui
V
2
iO 2
R
L
uO
－
iL
o
o
iC 2
U CC
Ma Liming
18
U CC
iC1
V
1
在负半周期， V2 导通， V1 截止。 V2 以 射极输出器的形式将负方向的信号变化 传递给负载。电流方向如图中虚线箭头
iO1
U
E
所示。最大输出电压幅度受V2管饱和的
＋
ui
V
2
iO 2
R
L
限制，约为 -UCC。 由于V1、V2管轮流导通，相互补
uO
－
iC 2
U CC
c. 输出失真大 d. 放大管的导通角2θ =π
Ma Liming Electronic Technique 13
(3) 甲乙类放大电路
iC
静态工作 点位置 集电极电 流波形 π <2 < 2π
iC3
0
QA
uCE
ICQ
0 π 2π 3π
特点：
a. 静态功耗较小
c. 输出失真较大
Electronic Technique 14
压放大倍数、输入和输出电阻等。
Ma Liming Electronic Technique 3
功率放大电路：
要求负载得到一定的不失真或失真较小的输 出功率；电路工作在大信号状态，研究的问题是
提高输出功率和效率。
分析方法不同： 电压放大电路可用微变等效电路法和图解法分 析，而功率放大电路只能用图解法。
给的功率除了一部分变成有用的信号功率以外，剩余
部分变成晶体管的管耗PC(PC=PE-Po)。 管耗过大将使 功率管发热损坏。
Ma Liming Electronic Technique 8
3. 非线性失真——小 功率放大器为了获得足够大的输出功率，需 要大信号激励， 从而使信号动态范围往往超出晶
体管的线性区域，导致输出信号失真。因此减小
第四章、功率放大电路 （电流放大）
重点：掌握小信号放大与功 率放大的异同；
掌握乙类互补对称功
率放大电路的电路结构和工
作原理；
掌握功率放大器的性 能指标的计算；
4.1、概述
功率放大器：在电子系统中，模拟信号被 放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬 声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等，推 动一个实际负载需要的功率很大，能输出较大功 率的放大器称为功率放大器。 例： 扩音系统 信 号 提 取
Ma Liming
Electronic Technique
10
4.2.2、功率放大器的分类
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（A类） 、乙类（B类、
低频） 、甲乙类（AB类、低频） 、丙类（C类、 高频）以及丁类（D类、高频）放大。
功率放大电路类型很多，目前低频电子电 路中广泛采用乙类（或者甲乙类）互补对称功 率放大电路。
Ma Liming Electronic Technique 11
1．工作状态分类
根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。 (1) 甲类放大电路 特点： a. 静态功耗大 iC
静态工作 点位置 集电极电 流波形
iC1
QA
ICQ uCE 0
2=2 2 ωt
PC UCEQ I CQ
U Om 2U CC I C1 U CC RL 2
PDC max
Ma Liming
2 U U 2 2 CC CC UCC RL RL
Electronic Technique 24
3） 效率
PO OCL电路的效率为： PDC 其中， Po为电路输出功率，PDC为直流电源提供 的功率。 1 U2
0
b. 能量转换效率低
c. 放大管的导通角2θ =2π
Ma Liming Electronic Technique 12
(2) 乙类放大电路
iC
静态工作 点位置
集电极电 流波形
iC2
2 = π
特点
uCE a. 静态功耗 PC UCEQ I CQ 0
0
QA
0
π
2π
3 π ωt
b. 能量转换效率高
＋
uO
－
iC 2
U CC
Ma Liming Electronic Technique 17
两个三极管的静态电流均为0。这种只在信号半个周期内导通 的工作状态称为乙类工作状态。 U CC 工作原理:
iC1
V
1
iO1
U
E
静态：即ui=0时，由于两管特性对称， 供电电源对称， 两管射极电位UE=0， V1、V2均截止，电路中无功率损耗， 此时电路不消耗功率。
2 U 1 om
式中， Iom 为集电极交流分量电流最大值， Uom
为三极管c、 e极间交流电压最大值。
其中
Uomm UCC UCE ( sat ) UCC
Po max
2 U 1 cc
2 RL
23
Ma Liming
Electronic Technique
2）每个直流电源提供的功率：
非线性失真，成为功率放大器的又一个重要问题。

概括起来说，要求功率放大器在保证晶体管安
全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可
能高的电源转换效率和尽可能小的非线性失真，同 时功放管的散热性能要好。
Ma Liming Electronic Technique 9
由于功率放大电路的输出电压和输出 电流都很大，信号作用的范围进入了晶体 管特性的非线性区，所以在分析时不可再 用微变等效电路，而应采用图解法。
PC1m PC 2 m
Ma Liming
U 2CC 2 RL
Electronic Technique 26
已知UCC=24V,RL=8Ω，试估算放大电路的最大输出功 率POm及此时电源供给的功率PDC和管耗PC。
U CC
iC1
V1
Po max
1 24 24 W 36W 2 RL 2 8
Electronic Technique
20
射极输出器输出电阻很低，所以，互补对称放
大电路具有较强的带负载能力，即它能向负载提供
较大的功率，实现功率放大作用，所以又把这种电 路称为乙类互补对称功率放大电路。 在如图电路中，尽管两只三极管都只在半个周
期内导通（工作在乙类状态），但它们交替工作，
使负载得到完整的信号波形。 这种形式称为“互 补”。
Ma Liming Electronic Technique 5
4.2.1、功率放大器的主要指标
1、输出功率Po——足够大 功率放大器应在输出不失真的情况下给出最大 的交流输出功率Po以推动负载工作。为此，功放管 一般工作在大信号状态 , 以不超过管子的极限参数
（ICM、UCEO、PCM）为限度。这就使功放管安全工
交流输出功率为:
Po U o I o
Ma Liming
U om I om 2
U om I om 1 U om U om 2 2 RL 2 RL 2
Electronic Technique
2 U 1 om
22
Po U o I o
U om I om 2
U om I om 1 U om U om 2 2 RL 2 RL 2
Ma Liming Electronic Technique 4
4.2、 功率放大电路的特点和分类
在多路放大电路末级、集成功率放大器、集成 运算放大器等模拟集成电路的输出级，往往要求有
较高的输出功率或要求具有较大的输出动态范围以
驱动下一级负载,如音箱等。 这类主要用于向负载提供功率的放大电路称为 功率放大电路。
Ma Liming
电 压 放 大
Electronic Technique
功 率 放 大
2
1. 功放电路与小信号放大电路的比较 (1) 共同点： 都是能量转换电路，把直流能量转换为交流信 号能量。 (2) 不同点： 普通小信号放大电路： 要求负载得到不失真电压信号，不要求输出 功率；电路工作在小信号状态，研究的问题是电
直流电源送入电路的功率，一部分转化为输
出功率， 另一部分则损耗在三极管中。
2 U om 1 U om U om UCC U om 1 1 2 P ( PDC Po ) ( UCC ) ( ) C1 P C2 2 2 RL 2 RL RL 4
dPC1 1 U CC 1 U om 2 当 0时,即U om U CC时, PC1达到最大值 dU om RL 2 RL
P DC UCC IC1 UCC IC 2
其中I C1 I C 2 I cm I cm 1 I cm sin td (t ) ( cos t ) 2 0 2 0

两个直流电源提供的总功率：
PDC U CC I C1 U CC I C 2
丙类：三极管(2c=) <180°导电（高频）
Q
0 Ma Liming
t
(c) 乙类
0
Electronic Technique U CC u CE
15
甲类放大的优点是波形失真小，但由于静态工 作点电流大，故管耗大，放大电路效率低，所以它
主要用于小功率放大电路中。
乙类和甲乙类放大由于管耗小，放大电路效率 高，在功率放大电路获得广泛应用。这两类放大输 出波形失真严重，所以在实际电路中均采用两管轮 流导通的推挽电路来减少失真——低频主要形式。
b. 能量转换效率较高 d. 放大管的导通角π<2θ <2π
Ma Liming
iC
iC
Q
甲类：三极管(2c= ) 360°导电
U CC u CE
0
t
(a) 甲类
0
iC
甲乙类：三极管 (2c= )180°～360 °导 电
Q
0
iC
C
t
(b) 甲乙类 i
乙类：三极管(2c= ) 180°导电
0
U CC u CE
＋
ui
V
2
iO 2
R
L
uO 动态时：忽略发射结死区电压，在ui
－
iC 2
U CC
的正半周期内，V1导通，V2 截止。V1 以射极输出器的形式将正方向的信号 变化传递给负载。电流方向如图中红 色箭头所示，最大输出电压幅度受V1
Electronic Technique
Ma Liming
管饱和的限制，约为+UCC 。
Ma Liming Electronic TechniqueBiblioteka Baidu7
2. 效率η——高
功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号
功率 Po 直流电源供给功率放大器功率 PE 之比 , 用 η 表
示，即：
po 100% pE
功率放大器要求高效率地工作，一方面是为了提
高输出功率，另一方面是为了降低管耗。直流电源供
Ma Liming Electronic Technique 16
4.3 互补对称功率放大电路
4.3.1 、 乙类双电源互补对称功率放大电路
OCL（Output Capacitor Less、无输出电容） 互补对称式功率放大电路 1、电路和工作原理
iC1
V
1
U CC
iO1
U
E
ui
V
2
iO 2
R
L
作成为功率放大器的重要问题。
Ma Liming Electronic Technique 6
注、极限参数 i)集电极最大允许电流ICM 集电极电流iC过大时,β将明显下降, ICM是指β明 显下降所对应的最大允许集电极电流.若iC> ICM时, 三极管不一定会损坏,但β明显下降. ii)集电极最大允许功率PCM 三极管工作时,uCE大部分降在集电结上,所以集电极 功率损耗PC= uCEiC,会使集电结温度升高, PCM就是 允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗.工 作时PC <PCM iii)反向击穿电压U(BR)CEO 、 U(BR)CBO 、 U(BR)EBO。 一般U(BR)CEO > U(BR)CBO > U(BR)EBO