功率放大器
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(8-22)
8.3.2 电路中增加复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： c 方式一： ic c ic ib b ib T1 b e T2 i c 1 1 i b , i b 2 i e 1 (1 1 ) i b ,
e
ic 2 2 ib 2 , i c i c 1 i c 2 1 2 (1 1 ) i b
此时，虽然减小了静态功耗，提高了效率， 但出现了波形失真，为此，必须从电路的结构 上采取一定的措施。
(8-6)
8.2 乙类双电源互补对称功率放大电路
8.2.1 电路组成
+VCC T1
vi
iL
RL T2 -VCC
vo
采用两只不同类型的 BJT，一个工作在信号 的正半周，另一个工作 在信号的负半周，从而 在负载上得到一个完整 的波形。
【注意】
采用甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL），由于每 个管子的工作电压不是原来的VCC而是1/2VCC 。 所以，在应用前面所用的计算功率放大电路的指标时 的公式必须加以修正，即将 1/2VCC 代入前面的公式即 可。
(8-27)
8.4 集成功率放大器
特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适
(8-9)
2.管耗 PT 由于T1和T2在一个信号周期内各导电180°，且通 过两管的电流和两管的两端在数值上也相等，为求 总管耗，故只需求出单管的管耗就可以了。 设： v o V om Sin t
PT 1
则，T1管耗为：
uo RL d ( t )
1 2 1
2
1 2
0
(V CC u o )
当连线，即可向负载提供一定的功率。
集成功放LM384：
生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V
(8-28)
集成功放 LM384管脚说明: 14 -- 电源端（ Vcc）
3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND） 2、6 -- 输入端 （一般2脚接地） 8 -- 输出端 （经500 电容接负载）
能够正常工作。
(8-16)
2.求电路在η=0.6时的输出功率Po 根据：
Po PV
V om
4 V cc
可求出在效率η=0.6时的输出电压幅值
V om 4 V cc
0 . 6 4 12
9 . 2V
然后求出此时的输出功率
1 V om 1 9 .2 Po 2 RL 2 8
0
V om sin t d ( t ) (V cc V om sin t ) RL
2 V cc V om V om 2 ( sin t sin t ) d ( t ) RL RL
0
1 RL
(
VccVom
1 -- 接旁路电容（5 ） 9、13 -- 空脚（NC）
(8-29)
集成功放 LM384 外部电路典型接法： 输入信号 ui
6 2
Vcc
14
电源滤波电容 输出耦合大电容
500
8 1
+
调节音量
5
2.7
0.1
8
外接旁路电容
低通滤波,去除高频噪声
(8-30)
电子技术 模拟电路部分
第八章 结束
T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级
vi
+VCC T1
T3
R1 T2 T4
R2
T5
T6
RL
输出级中的T4、T6均为NPN型 晶体管，两者特性容易对称。
-VCC
(8-25)
8.3.3 甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL）
由于电路对称，当ui=0时：
iC 1 iC 2 iL 0 vo 0
2VccVom
RL
(8-11)
4.效率η 一般情况下：
Po P V
Vom
4 Vcc
当 V om V cc
时，则：
Po P V
4
78.5%
上述是在负载电阻为理想的，忽略BJT的 管压降和输入信号足够大的情况下得出的， 实际效率要比这个数值低。
(8-12)
8.2.4 功率BJT的选择
2 2 2 1 2Vcc Vcc 1 Vcc ( 2 2) 2 RL RL
最大输出功率：
Pom
1 Vcc 2 RL
2
(8-13)
最大管耗： PT 1 m
2V cc 2 2V cc ( ) 2 2 2 1 2V cc V cc 1 V cc ( 2 2) 2 4 RL RL
-VCC
交越失真：输入信号 vi在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。
(8-19)
克服交越失真的措施：
电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。 静态时 T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2 的 正向导通压降，致使两管 均处于微弱导通状态, 即 构 成 甲乙类功率放 大电 路。
ic2
-VCC
T1、T2两个晶体源自文库都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
(8-8)
8.2.3 分析计算
1.输出功率
Po Vo I o
Vom 2
2 om
Vom
1 Vom 2 RL 2 RL
2 cem 2 cc
2
最大输出功率
P om
1 V 1 V 1 V 2 RL 2 RL 2 RL
(8-21)
偏置电压可调的功放电路（UBE电压倍增电路） + I R1 I B B1
B
R2 图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB ，则
V VBE
E
B2
U
R1 R2 R2
合理选择R1、R2，B1、B2间便可得到 VBE 任意倍数的电压。 以满足不同电路克服交越失真的需要。
Vcc 功 放
加 热 元 件
a
+ + - A vo1
vo
A：电压放大器
R2
Rt
温控室
温度调节 过程
室温T T
Rt
Vb
VO1
VO
(8-3)
8.1 功率放大电路的一般问题
一. 对功率放大电路的要求： 1. 要求输出功率尽可能大。 2. 效率要高。 3.非线性失真要小。
4.要考虑考虑功率器件的散热问题。
二. 功率放大电路的分析方法： 由于功率放大电路是在大信号情况下工作， 故采用图解法来分析。
(8-4)
二. 提高功率放大电路效率的主要途径：
放大器的静态损耗：
PT I CQ U CEQ
甲类放大
为了减小静态损 耗，提高放大电路 的效率， 静态工作 点尽量下移。
甲乙类放大
(8-5)
将静态工作点移到横坐标上，此时，构成乙类 放大电路。
电子技术 模拟电路部分
第八章
功率放大器
(8-1)
概述
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、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
(8-2)
例2：温度控制 R1 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 R3 b
1.求最大输出功率Pom，并验证BJT能否安全工作。
2.电路在η =0.6时的输出功率PO。
《解》
1. 求 Pom
Pom
1 V cc 1 12 W 9W 2 RL 2 8
12 8
2
2
验证能否正常工作：
i CM V cc RL 1 .5 A
u CEM 2V cc 2 12 24 V PT 1 M 0 . 2 Pom 0 . 2 9 1 . 8W
1. 最大管耗和最大输出功率的关系 管耗：
dP T 1 dV om 1 RL
PT 1 1 RL ( V cc V om V om 4
2
)
(
V cc
V om 2
dP T 1
)
0
dV om
V cc
V om 2
0
Vom
2Vcc
0.6Vcc
最大管耗： PT 1m
2Vcc 2 2Vcc ( ) 4
(8-20)
+VCC
R1 D1 ui T1 vO
D2
R2
iL
T2 RL
-VCC
8.3 甲乙类互补对称功率放大电路
8.3.1 甲乙类双电源互补功率放大电路（OCL）
T3 构成前置放大级 T1、T2 互补输出级 静态时D1、D2产生 压降为T1、T2提供偏压 使其处于微导通状态
iC 1 iC 2 iL 0 vo 0
2.功率BJT的选择 功率BJT参数的选择原则： ⑴ 每只管子的最大允许管耗必须大于 0.2Pom 。 ⑵ 每只管子的 |V(BR)CEO|＞2VCC 。 ⑶ 所选BJT的最大集电极电流ICM＞VCC/RL。
(8-15)
《例》乙类功放电路如图所示。
设：VCC=12V，RL=8Ω，BJT参数:ICM=2A， |V(BR)CEO| ＝30V， PCM=5W，试求：
这种电路通常称为互补 对称电路(OCL)。
(8-7)
8.2.2 工作原理
静态分析： vi = 0V T1、T2均不工作 vo = 0V
T1 +VCC
ic1
动态分析：
vi > 0V T1导通，T2截止 vi iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
T2 iL RL vo
vi 0V
(8-23)
方式二： ib
e ib T2
e
b
T1
b
c ic
c
ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
(8-24)
改进后的OCL互补输出功放电路：
T1：电压推动级 T2、R1、R2： UBE倍增电路
2
5 . 3W
(8-17)
8.2.5 乙类功率放大电路存在的缺点
由于晶体管特性存在非线性，vi <vT 时晶体 管截止。 iB
iB
vBE ui t VT
t
(8-18)
乙类放大的输入输出波形关系: vi t 死区电压 v´o ´ t v"o vi T2 iL RL vo T1
+VCC
t
vo t 交越失真
VK 1 2
V CC
1 2 V CC
电容器两端电压 V C
输入信号负半周，T1导通，有电流流过负载，同时向C充电。
输入信号正半周，T2导通，有电流流过负载，C向负载放电。
(8-26)
在甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL）中，只要选 择 RLC 时间常数足够大（比信号周期大得多），电容即 起到负电源-VCC的作用。
Vom 4
2
)
(8-10)
两管的总管耗：
PT PT 1 PT 2
2 RL ( VccVom
Vom 4
2
)
3.直流电源供给的功率PV 直流电源供给的功率PV包括负载功率和管耗两部分。 当 vi=0时， PV=0
2
;
当vi≠0时，PV=PO+PT
2
1 V Om 2 V cc V om V om PV ( ) 2 RL RL 4
最大输出功率：
Pom
1 V cc 2 RL
2
每管最大管耗和最大输出功率的关系：
1 Vcc 2 P1 2 2 2 Pom 0.2 Pom T RL 2 RL 1 2 Vcc
2 2
它表明如要输出功率10W的放大器，则选两只管 耗大于2W的管子即可。
(8-14)
(8-31)
8.3.2 电路中增加复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： c 方式一： ic c ic ib b ib T1 b e T2 i c 1 1 i b , i b 2 i e 1 (1 1 ) i b ,
e
ic 2 2 ib 2 , i c i c 1 i c 2 1 2 (1 1 ) i b
此时，虽然减小了静态功耗，提高了效率， 但出现了波形失真，为此，必须从电路的结构 上采取一定的措施。
(8-6)
8.2 乙类双电源互补对称功率放大电路
8.2.1 电路组成
+VCC T1
vi
iL
RL T2 -VCC
vo
采用两只不同类型的 BJT，一个工作在信号 的正半周，另一个工作 在信号的负半周，从而 在负载上得到一个完整 的波形。
【注意】
采用甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL），由于每 个管子的工作电压不是原来的VCC而是1/2VCC 。 所以，在应用前面所用的计算功率放大电路的指标时 的公式必须加以修正，即将 1/2VCC 代入前面的公式即 可。
(8-27)
8.4 集成功率放大器
特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适
(8-9)
2.管耗 PT 由于T1和T2在一个信号周期内各导电180°，且通 过两管的电流和两管的两端在数值上也相等，为求 总管耗，故只需求出单管的管耗就可以了。 设： v o V om Sin t
PT 1
则，T1管耗为：
uo RL d ( t )
1 2 1
2
1 2
0
(V CC u o )
当连线，即可向负载提供一定的功率。
集成功放LM384：
生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V
(8-28)
集成功放 LM384管脚说明: 14 -- 电源端（ Vcc）
3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND） 2、6 -- 输入端 （一般2脚接地） 8 -- 输出端 （经500 电容接负载）
能够正常工作。
(8-16)
2.求电路在η=0.6时的输出功率Po 根据：
Po PV
V om
4 V cc
可求出在效率η=0.6时的输出电压幅值
V om 4 V cc
0 . 6 4 12
9 . 2V
然后求出此时的输出功率
1 V om 1 9 .2 Po 2 RL 2 8
0
V om sin t d ( t ) (V cc V om sin t ) RL
2 V cc V om V om 2 ( sin t sin t ) d ( t ) RL RL
0
1 RL
(
VccVom
1 -- 接旁路电容（5 ） 9、13 -- 空脚（NC）
(8-29)
集成功放 LM384 外部电路典型接法： 输入信号 ui
6 2
Vcc
14
电源滤波电容 输出耦合大电容
500
8 1
+
调节音量
5
2.7
0.1
8
外接旁路电容
低通滤波,去除高频噪声
(8-30)
电子技术 模拟电路部分
第八章 结束
T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级
vi
+VCC T1
T3
R1 T2 T4
R2
T5
T6
RL
输出级中的T4、T6均为NPN型 晶体管，两者特性容易对称。
-VCC
(8-25)
8.3.3 甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL）
由于电路对称，当ui=0时：
iC 1 iC 2 iL 0 vo 0
2VccVom
RL
(8-11)
4.效率η 一般情况下：
Po P V
Vom
4 Vcc
当 V om V cc
时，则：
Po P V
4
78.5%
上述是在负载电阻为理想的，忽略BJT的 管压降和输入信号足够大的情况下得出的， 实际效率要比这个数值低。
(8-12)
8.2.4 功率BJT的选择
2 2 2 1 2Vcc Vcc 1 Vcc ( 2 2) 2 RL RL
最大输出功率：
Pom
1 Vcc 2 RL
2
(8-13)
最大管耗： PT 1 m
2V cc 2 2V cc ( ) 2 2 2 1 2V cc V cc 1 V cc ( 2 2) 2 4 RL RL
-VCC
交越失真：输入信号 vi在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。
(8-19)
克服交越失真的措施：
电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。 静态时 T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2 的 正向导通压降，致使两管 均处于微弱导通状态, 即 构 成 甲乙类功率放 大电 路。
ic2
-VCC
T1、T2两个晶体源自文库都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
(8-8)
8.2.3 分析计算
1.输出功率
Po Vo I o
Vom 2
2 om
Vom
1 Vom 2 RL 2 RL
2 cem 2 cc
2
最大输出功率
P om
1 V 1 V 1 V 2 RL 2 RL 2 RL
(8-21)
偏置电压可调的功放电路（UBE电压倍增电路） + I R1 I B B1
B
R2 图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB ，则
V VBE
E
B2
U
R1 R2 R2
合理选择R1、R2，B1、B2间便可得到 VBE 任意倍数的电压。 以满足不同电路克服交越失真的需要。
Vcc 功 放
加 热 元 件
a
+ + - A vo1
vo
A：电压放大器
R2
Rt
温控室
温度调节 过程
室温T T
Rt
Vb
VO1
VO
(8-3)
8.1 功率放大电路的一般问题
一. 对功率放大电路的要求： 1. 要求输出功率尽可能大。 2. 效率要高。 3.非线性失真要小。
4.要考虑考虑功率器件的散热问题。
二. 功率放大电路的分析方法： 由于功率放大电路是在大信号情况下工作， 故采用图解法来分析。
(8-4)
二. 提高功率放大电路效率的主要途径：
放大器的静态损耗：
PT I CQ U CEQ
甲类放大
为了减小静态损 耗，提高放大电路 的效率， 静态工作 点尽量下移。
甲乙类放大
(8-5)
将静态工作点移到横坐标上，此时，构成乙类 放大电路。
电子技术 模拟电路部分
第八章
功率放大器
(8-1)
概述
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、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
(8-2)
例2：温度控制 R1 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 R3 b
1.求最大输出功率Pom，并验证BJT能否安全工作。
2.电路在η =0.6时的输出功率PO。
《解》
1. 求 Pom
Pom
1 V cc 1 12 W 9W 2 RL 2 8
12 8
2
2
验证能否正常工作：
i CM V cc RL 1 .5 A
u CEM 2V cc 2 12 24 V PT 1 M 0 . 2 Pom 0 . 2 9 1 . 8W
1. 最大管耗和最大输出功率的关系 管耗：
dP T 1 dV om 1 RL
PT 1 1 RL ( V cc V om V om 4
2
)
(
V cc
V om 2
dP T 1
)
0
dV om
V cc
V om 2
0
Vom
2Vcc
0.6Vcc
最大管耗： PT 1m
2Vcc 2 2Vcc ( ) 4
(8-20)
+VCC
R1 D1 ui T1 vO
D2
R2
iL
T2 RL
-VCC
8.3 甲乙类互补对称功率放大电路
8.3.1 甲乙类双电源互补功率放大电路（OCL）
T3 构成前置放大级 T1、T2 互补输出级 静态时D1、D2产生 压降为T1、T2提供偏压 使其处于微导通状态
iC 1 iC 2 iL 0 vo 0
2.功率BJT的选择 功率BJT参数的选择原则： ⑴ 每只管子的最大允许管耗必须大于 0.2Pom 。 ⑵ 每只管子的 |V(BR)CEO|＞2VCC 。 ⑶ 所选BJT的最大集电极电流ICM＞VCC/RL。
(8-15)
《例》乙类功放电路如图所示。
设：VCC=12V，RL=8Ω，BJT参数:ICM=2A， |V(BR)CEO| ＝30V， PCM=5W，试求：
这种电路通常称为互补 对称电路(OCL)。
(8-7)
8.2.2 工作原理
静态分析： vi = 0V T1、T2均不工作 vo = 0V
T1 +VCC
ic1
动态分析：
vi > 0V T1导通，T2截止 vi iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
T2 iL RL vo
vi 0V
(8-23)
方式二： ib
e ib T2
e
b
T1
b
c ic
c
ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
(8-24)
改进后的OCL互补输出功放电路：
T1：电压推动级 T2、R1、R2： UBE倍增电路
2
5 . 3W
(8-17)
8.2.5 乙类功率放大电路存在的缺点
由于晶体管特性存在非线性，vi <vT 时晶体 管截止。 iB
iB
vBE ui t VT
t
(8-18)
乙类放大的输入输出波形关系: vi t 死区电压 v´o ´ t v"o vi T2 iL RL vo T1
+VCC
t
vo t 交越失真
VK 1 2
V CC
1 2 V CC
电容器两端电压 V C
输入信号负半周，T1导通，有电流流过负载，同时向C充电。
输入信号正半周，T2导通，有电流流过负载，C向负载放电。
(8-26)
在甲乙类单电源互补功率放大电路（OTL）中，只要选 择 RLC 时间常数足够大（比信号周期大得多），电容即 起到负电源-VCC的作用。
Vom 4
2
)
(8-10)
两管的总管耗：
PT PT 1 PT 2
2 RL ( VccVom
Vom 4
2
)
3.直流电源供给的功率PV 直流电源供给的功率PV包括负载功率和管耗两部分。 当 vi=0时， PV=0
2
;
当vi≠0时，PV=PO+PT
2
1 V Om 2 V cc V om V om PV ( ) 2 RL RL 4
最大输出功率：
Pom
1 V cc 2 RL
2
每管最大管耗和最大输出功率的关系：
1 Vcc 2 P1 2 2 2 Pom 0.2 Pom T RL 2 RL 1 2 Vcc
2 2
它表明如要输出功率10W的放大器，则选两只管 耗大于2W的管子即可。
(8-14)
(8-31)