第4章 功率放大电路

OCL甲乙类互补对称电
uI O iC1 iC2 O t t
路的波形图如图所示。
OCL甲乙类互补对称电
路省去输出耦合电容，改善 了低频响应，有利于实现集 成化。 存在的主要问题是，发射 极直接连接到负载上，如果静 态工作点失调或电路内元件损 坏，将造成一个较大的电流长 时间流过负载，造成损坏。
O uO
VCC RL
②集电极最大允许反向电压U(BR)CEO 当一只管饱和时，另一只管承 受的集电极最大反向电压为:
2VCC | U CES | 2VCC
U (BR)CEO 2VCC
③集电极最大允许耗散功率PCM 可以证明，当忽略三极管的UCES时，每只三极管的最大 管耗为：PTm≈0.2Pom。
PV VCC 1 2


0
I cm sin td(t )
VCC I cm 2RL
2 V CC
Pom 78.5% PV
（3）OTL 乙类互补电路功放管的极限参数 ①集电极最大允许电流ICM
VCC U cem U CES 2 U cem I cm RL
VCC 2
图 4.2.1
2. OTL 乙类互补电路图解分析 调整电阻R1和R2的值，使静态时两管的发射极电位为VCC/2。 所以静态时，两管的集电极电压分别为uCE1=VCC/2，uCE2= VCC -VCC/2。 图为VT1和VT2的合成输出 特性曲线。两管的静态工作点 在Q点处。 当加上正弦输入电压时， 两个三极管的工作点将分别 沿负载线QA和QB移动。
4.3.1 复合管的接法及其β和rbe
1. 复合管的接法
复合管由两个或两个以上的三极管组合而成。可以由相同 的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。 复合管的组成原则： （1）保证前级的输出电流与后级的输入电流的实际方向 一致； （2）外加电压应保证每只管都工作在放大区。 可以获得很高的电流放大系数 ； 提高中间级的输入电阻； 提高了集成运放总的电压放大倍数。
PCM 0.2 Pom
二、OTL 甲乙类互补对称电路 为减小OTL乙类互补对称电路 的交越失真，改善输出波形。通常 设法使 VT1 和 VT2 在静态时有一个 较小的电流，避免在uI较小时两个 三极管同时截止。 在 VT1 和 VT2 间接入R、VD1、 VD2 为两管提供一小的静态偏置 图 4.2.3 OTL 互补对称输出级 电压，使管子微导通。

2 2V CC 2V CC I cm RL
效率为：
Pom 78.5% PV 4
（3）功放管的极限参数 ①集电极最大允许电流ICM
U cem VCC U CES
I cm I cm U cem VCC U CES RL RL VCC RL
I CM
e 图 4. 3.2
iE
则 Δ i C 1 Δ i B 1 2 (1 ) Δ i B 1 ( 1 2 1 2 ) Δ i B 2
三极管输入电阻 rbe 由图可知：
rbe
uBE i B
c b
iB iC1 VT1 iE1 = iB2
iC iC2 VT2
t
O 图 4.2.6 OCL 互补电路波形图
t
二、OCL 互补对称电路主要参数的估算 静态时，对OCL乙类互 补对称电路的两三极管的集电 极电流为0，则uCE1=VCC， uCE2=-VCC，则两管的静态工 作点在Q点处。 对OCL甲乙类互补对称电
VCC RV L
CC
RL
U cem2
路的两三极管的集电极电流有 一个微小的电流，因电流值很小，所以两管的静态工作点在Q 点靠得很近，可以近似认为静态工作点在Q点处。

I cm
VCC 2RL
选择三极管时，其集电极最 大允许电流应为
I CM
VCC 2RL
②集电极最大允许反向电压U(BR)CEO 当一只管饱和时,另一只管承 受的集电极最大反向电压为:
VCC | U CES | VCC
VCC 2
U (BR)CEO VCC
③集电极最大允许耗散功率PCM 可以证明，当忽略三极管的UCES时,每只三极管的最 大管耗为：PTm≈0.2Pom。
（2）由不同类型的三极管组成的复合管 c

c
VT2
VT2
b

VT1
b e
VT1
e
用同样方法可求得： 1 (1 2 ) 1 2
rbe rbe1

结
论
1. 两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。 复合管的 1 2，复合管的 rbe = rbe1+(1+β)rbe2 。 2. 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三 极管相同。复合管的 1 2，复合管的 rbe = rbe1 。 3. 在集成运放中，复合管不仅用于中间级，也常用于输
变压器耦合推挽 功率放大电路，如图所示。 iL RL uO uI T1为输入变压器，T2 VCC 为输出变压器，VT1和 VT2 iC 2 VT2接成推挽形式。 uI为正半周时，VT1导电，VT2截止； uI为负半周时，VT1 截止，VT2导通。iC1和iC2均只有半个正弦波，通过VT2耦合后 在负载电流和电压基本上为正弦波。 优点：静态功耗为0；VT1和VT2轮流导通，平均功耗相对 较小，效率较高；便于实现阻抗匹配。 缺点：体积庞大，比较笨重；在低频和高频部分产生相 移，易自激振荡；无法实现集成化。
PCM 0.2 Pom
4.3 采用复合管的互补对称式放大电路
为什么要采用复合管？ 如果功率放大电路输出端的负载电流比较大，则要求提 供给功率三极管基极的推动电流也比较大。 例如：在OCL互补对称电路中，功率三极管的最大集电 极电流中为2.5A，设功率管的β为20，则需要向功率三极管 的基极提供125mA的推动电流。要求前置放大级供给如此之 大的电流显然是不现实的。 为了解决这个矛盾，可以考虑在输出级采用复合管。假 设组成组成复合管的两个三极管的电流的放大级系数分别为 β1=50，β2=20。若功率三极管的最大集电极电流仍为 2.5A，此时只需向复合管的基极提供2.5mA的推动电流。
在OTL 互补对称电路中，两个三极管的发射极需要通过 一个电容接到负载上，在低频时易产生频率失真，且大电容具 有电感效应，在高频时将产生相移，而且不易集成。可采用 OCL互补对称电路。 一、 OCL甲乙类互补对称电路 如图为OCL甲乙类互补对称电 路。电路中省去输出耦合电容，并 采用双电源供电。
图4.2.5 OCL 互补对称电路
OTL 互补对称电路
交越 失真
一、OTL 乙类互补对称电路 1. 电路组成及工作原理 在输入信号的正半 周 ， VT1 导 通 ， VT2 截 止，iC1 流过负载； 负半周， VT2 导通， VT1截止， iC2 流过负载。 在信号的整个周期都有电 流流过负载，负载上 iL 和 uO 基本上是正弦波。 存在的问题：交越失真
VCC RL R L
VCC
1. OCL 互补对称电路主要参数的估算
（1）最大输出功率 最大输出电流：Icm1 = Icm1 ＝ Icm 最大电压：Ucem1 = |Ucem2 |= Ucem
U cem VCC U CES
I cm U cem VCC U CES RL RL
最大输出功率为：
复合管的优点
复合管的接法：
b
VT1
c

b
VT2 VT1
c

(a) NPN 型
VT2 (b) PNP 型
e c
e
c

b
(d) PNP 型 VT1
VT2
VT2
b

VT1
(c) NPN 型
e
e


2. 复合管β和rbe
（1）由相同类型的三极管组成的复合管 由两个NPN三极管组成的复合管 如图所示。 iB Δ iC 因为 b + iB1 Δ iB 由图可见
最大 输出功率：
Pom
VCC 2 RL
VCC 2 2 ( U ) VCC CES 1 1 VCC 2 （当U CES 时） 2 RL 8 RL 2
图 4.2.8
（2） 效率 当输出最大功率时，放大电路的效率等于做大输出功率 Pom与直流电源提供的功率PV 之比。 直流电源提供的功率PV 等于电源电压VCC与半个正弦波 周期内三极管集电极电流的平均值之乘积。
iC1
T2
4.2
互补对称式功率放大电路
本节主要介绍OTL和OCL互补对称电路。 内容：电路的组成和工作原理；最大输出功率、效率以 及功率三极管的极限参数估算。 OTL——Output TransformerLess（无变压器输出） OCL——Output CapacitorLess（无电容输出）
4.2.1
Δ uBE Δ iB1rbe1 Δ iB 2 rbe 2 Δ iB1[rbe1 (1 1 )rbe 2 ]
所以
Δ uBE rbe rbe1 (1 1 )rbe 2 Δ iB
+ iB1
uBE
e 图 5. 2.19
iE
显然，、rbe 均比一个管子 1、rbe1 提高了很多倍。
Pom
VCC 1 U cem (VCC U CES ) 当U CES VCC时 2 2 RL 2 RL RL
2 2
2
（2）效率 当输出最大功率时，放大电路的效率等于做大输出功率 Pom与直流电源提供的功率PV 之比。 直流电源提供的功率PV 等于电源电压VCC与半个正弦波 周期内三极管集电极电流的平均值之乘积。 1 PV V CC I cm sin t d ( t ) 0