4功率放大电路基础知识教案解读

4功率放大电路基础知识教案解读

应用电子技术专业国家教学资源库

讲稿1：功率放大电路基础知识（2课时）

目标：

1．学习功率放大电路的联接方法 2．识别功率放大电路各级放大电路类型 3．会分析功率放大电路性能指标参数

讲解目录

一、什么是功率放大电路

二、功率放大电路需解决的问题 三、定量分析功率放大电路

四、测试功率放大电路基本参数（见实践项目） 五、例题 六、作业

讲课要点

一、什么是功率放大电路？

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。

100%O E

P

P η=⨯

电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。

（4）散热性能要好

三、定量分析功率放大电路

1. 电路的组成

互补对称：

电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。

2．电路的原理

3．输入输出波形与交越失真

4．图解分析

5．输出功率

6．最大效率

7．三极管的最大管耗PT1max

8．功放管的选择

9．交越失真的克服

10．用复合三极管做功放管，增加电流驱动能力

OCL功率放大电路及工作原理

电路模型工作条件静态特征

（1）正、负电源对称（双电源供电）

（2） VT 1和VT 2两管特性对称（例如β1＝β2）

（1） V Q =0（v ） （2）I CQ1=I CQ2=0（mA ）

电路原理（为简化分析的方便，设晶体管的死区电压为零）

输入正半波信号时

若输入端加一正弦信号，在正半周时，由

于u i ﹥0，即u i ﹥u Q 因此VT 2截止，等效电路如下图所示。VT 1导通承担放大任务，电流i e1流过负载，输出电压i L e o

u R i u ≈=1

输入半 波信号时

当输入信号处于负半周时，u i ﹤0，因此

VT 1截止（等效电路如图所示），VT 2导通承担放大任务，电流ie 2流过负载，方向与正半周相反，输出电压i L e o

u R i u ≈=2

合成

在正弦波正负半波信号的推动下，VT 1和VT 2轮流导电，交替工作，使流过负载R L 的

电流为一完整的正弦信号，波形如左图所示。由于两个不同型号的管子互补对方的不足，且工作性能对称，故这种电路通常称为互补对称式功率放大电路

交流功率输出

乙类放大器的输出功率是指两管合成输出功率，可由下图求出：

=

max o p 2

Icm ·

2

Ucem =

21

·L

R Ucem ·2Ucem =L R cem

U 22

如果忽略晶体管饱和压降Ucem （sat ）的影响，在上图示极限运用情况下，cc cem V U ≈，则：RL Vcc P

o 22

max =

一般情况下，输出信号功率都是通过调整输入信号的大小来加以调整的

放大器的效率

将负载得到的信号功率P O 和电源供给的直流功率P E 的比值定义为放大器的效率c n ，即c n =

E

O P P ×100％。

由于前置放大器的输出功率较小，功率与效率的矛盾并不突出。但功率放大器的输出功率较大，功率和效率的矛盾就上升为主要矛盾。理想的乙类放大器由于静态时 I CQ ＝0，所以效率较高。通过理论计算说明在功放极限运用时（Uom ≈Vcc ），c n =78．5%，它比甲类放大器的理想最高效率50％提高了很多。

这个结论是假定互补对称电路工作在乙类、忽略管子的饱和压降Ucem 和输入信号足够大情况下得来的，实际效率比这个数值要低些

OTL 乙类推挽功率放大电路及工作原理

电路模型

工作条件

静态特征

（1）单电源供电

（2）C 是输出耦合电客（一般为几百～几千微法）

（3）VT 1和VT 2两管参数对称。

（1）Q V =

2

Vcc

静态时，OTL 电路中VT 1和VT 2是串联的。又因两管对称，所以两发射极连接点Q 的直流电位（对地电压）Q V =V CC /2（若不满足此要求，可通过调整电路元件参数达到）。 （2）I CQ1=I CQ2=0（乙类）

电路原理（为简化分析，设晶体管的死区电压为零） C 的容量取值较大的原因

（1）C 的容量大，则容抗小，可以减小耦合过程中的音频信号消耗

（2）C 的容量大，相对充电量大，才能使C 在VT 1截止时充当VT 2工作的直流电源

静态参数

2

CC

Q V V

输入正半波信 号时

当Ui ﹥0时，两管基极电位上升，Q 点电位

以

2

Vcc

为基点跟随上升，因此VT 1

导通，VT 2

截止，等效电路如下图所示，由于C 的耦合作用，负载上有正半波信号输出

输入负半波信号时

当U i﹤0时，两管基极电位下降，VT1截止，VT2导通，随着C放电时间的推移，Q点电位跟随下降。等效电路如图所示，由于C的隔直、耦合作用，负载上有负半波信号输出

合成

在有正弦信号输入时，VT1、VT2轮流导通，交替工作。使流过负载的电流为完整的正弦信号如图所示

交流功率输出

OTL若工作在乙类状态，计算输出功率的方法和OCL电路是一致的。但要注意，对于OTL电路，施加在

每个功放管上的电源电压实质上是

2

Vcc

，所以忽略晶体管饱和和压降的影响，在极限运用情况下，

max

o

p

2

Icm

·

2

Ucem

＝

C

R

em

Uc

2

2

＝

Rc

V

CC

2

2

1

2

）

（

＝

L

R

Vcc

8

2

效率理论计算证明，OTL放大器的效率和OCL放大器是一致的

四、测试功率放大电路基本参数（见实践项目）

四、例题