第七章 功率放大电路

Pm o ax
V ≈ 2R L
2 C C
2）直流电源提供的功率
1 PE = 2π
∫
2π
0
V CCiV d (ωt )
i E1
I om sin ωt (0 ≤ ωt ≤ π ) = (π ) ≤ ωt ≤ 2π ) 0
1 PE1 = 2π
∫
2π
0
V CCiV 1 d (ωt ) =
V CCI om
（2）采用复合管的互补功率放大电路
准互补对称功率放大电路
7.3.2 OTL功率放大电路 功率放大电路
输入电压的正半周： 输入电压的正半周： 充电。 ＋VCC→V1→C→RL→地，C 充电。
＋
−
输入电压的负半周： 输入电压的负半周： C 的 “＋”→V2→地→RL→ C “ －” C 放电。 放电。 VCC (VCC 2) − U CES 静态时，uI = U B = U E = + U om = 2 2
5 3 4
，非常大，V5管的基极电流因决定于前级电路 非常大，
uO = −VCC + (UCES3 +UBE4)
(2)若 短路， (2)若R2短路，则输出电压被箝位在
பைடு நூலகம்
(VCC − U BE1 − U BE2 )
(3)若 开路，则静态时V (3)若R3开路，则静态时V1和V3管的 基极电流等于V 管的集电极电流， 基极电流等于V5管的集电极电流，V2 和V4管的集电极电流很大，且在管子 管的集电极电流很大， 特性对称情况下它们的管压降的数值 均为V 均为VCC，因而它们的直流功耗非常 大，以至于因结温升过高而烧坏。 以至于因结温升过高而烧坏。 (4)若 断路， (4)若R3断路，则 UBE1+UBE2+UBE3 =UD1 +UD2 使得V 使得V1、V2和V3管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成 管在静态不能工作在临界放的状态， 电路有较小的交越失真。 电路有较小的交越失真。
＋
uo = ui ui负半周，电流通路为 负半周， 地→ RL → V2 → -VCC， uo = ui
−
两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。 两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。
4. 交越失真
＋
−
信号在零附近两 只管子均截止
开启 电压
消除失真的方法： 消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。 设置合适的静态工作点。
Po max =
η=
•
例7 - 1
(VCC − U CES ) 2 2 RL
VCC =
(15 − 3) 2 = = 18W 2× 4
= 62.8% 4 × 15 2U om × VCC U 2 om PV = PE − PO = − 2 RL πRL 4
π VCC − U CES
π (15 − 3)
7.2 甲类功率放大器
（1）最大交流输出功率 集电极电压达到最大幅值 U cemax ≈ VCC 集电极电流的最大幅值为
I cmax ≈ I CQ
三极管的最大交流输出功率为
Pomax =
U cem I cm 2
1 ≈ VCC I CQ 2 2
（2）电源功率 由图中的交流负载线可以知道，交流电流的最大幅值 由图中的交流负载线可以知道，
由于晶体管有死区电压
0V～ 0.5V
0V
直流偏压
甲乙类互补对称功率放大电路
a） 基本电路 b）工作波形
电路如图7 所示的Ａ 电路如图7-5所示的ＡB类OCL功率放大电路的 VCC = ±15 V , OCL功率放大电路的 ,设输入信号为正弦波 设输入信号为正弦波， RL = 4Ω , U CES = 3 V ,设输入信号为正弦波，求： 、 （１）最大不失真功率 Po max 效率 η 和管秏 PV 1、PV 2 （２）计算功率管的参数 解： （１）最大输出功率
单管的最大管耗为
PV 1 = PV 2
5）功率管的选择 ①功率管集电极的最大允许功耗
PCM
②功率管的最大耐压
1 ≥ PV max ≈ 0.2 Po max 2
U ( BR ) CRO ≥ 2VCC
③功率管的最大集电极电流
I CM ≥ VCC RL
AB类互补对称功率放大电路 2. AB类互补对称功率放大电路
解：
（1）若R2开路，则V1和V2管均始终工作在截止状态，且V5、V3 开路， 管均始终工作在截止状态， 和V4组成了复合管，V3管的基极电流等于V5管的集电极电流，V4 组成了复合管， 管的基极电流等于V 管的集电极电流， 管的基极电流等于V 管的集电极电流， 管的基极电流等于V3管的集电极电流，整个复合管的电流放大 系数约为 β β β 而基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和， 而基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路不 能正常放大，输出电压等于 能正常放大，
深度实验（功率放大失真或效率等电路研究） 深度实验（功率放大失真或效率等电路研究） 学期内完成
实验十一 功率放大失真或效率等电路研究 （深度实验） 深度实验） 总谐波失真
(Total Harmonic Distortion)THD
7.3 互补对称功率放大电路
OCL功率放大电路 7.3.1 OCL功率放大电路
B类功率放大电路 1. B类功率放大电路
特征： 特性理想对称。 特征：V1、V2特性理想对称。 静态分析 V1的输入特性
理想化特性
静态时V 静态时V1、V2均截止，UB= UE=0 均截止，
动态分析
ui正半周，电流通路为 正半周， +VCC→V1→RL→地，
常见的分类方式有以下几种。 常见的分类方式有以下几种。 （1）按处理信号的频率分类
低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。 低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。 高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。 高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。
（2）接功放电路中晶体管的导通时间分类
Po max VCC 2 ( − U CES ) 2 VCC = 2 ≈ 2 RL 8 RL
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。 OTL电路低频特性差 OTL电路低频特性差。 电路低频特性差。
实用单电源互补对称电路
“自举电路” 自举电路”
C2、R3组成
例
电路如图所示，试说明电 电路如图所示， 路分别产生如下故障时将产 生什么现象。 生什么现象。 V2、V4的极限参数： 的极限参数： PCM＝1.5W，ICM＝600mA， 1.5W， 600mA， UBR（CEO）＝40V。 40V。 BR（CEO） 1. R2断路； 断路； 2. R2短路； 短路； 3. VD1短路； 短路； 4. VD1断路； 断路； 5. V1集电极开路。 集电极开路。
e b ib T1
方式二： 方式二：
e ib
T2 c ic
b c ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式， 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： 后晶体管的性能确定均如下：
β ≈ β1 β2
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
I cm ≈ I CQ
所以集电极瞬时电流为
ic (t ) = I CQ + I CQ sin ωt
直流电源的输出功率为
1 1 VCC iC (t )dt = ∫ VCC ( I CQ + I CQ sin ωt )dt =VCC I CQ T∫ T 在输出功率达到最大的情况下， 在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为 1 V I Po max 2 CC CQ η= = = 50% P VCC I CQ V PV =
π
V CCU om = πRL
因此， 因此，两个电源提供的功率为
PE =
2V CC I om
π
VCC − U CES 2V CC U om = = 2VCC ⋅ πR L πR L
2
如果 U CES = 0 ，两个直流电源也提供最大功率
PE max
2VCC = πRL
3）效率
Po max π VCC − U CES η= = • PE 4 VCC
2(15 − 3) × 15 (15 − 3) 2 = − ≈ 10.67W 4π 2× 4
PV 1 = PV 2 =
1 PV ≈ 5.33W 2
（２）
PCM ≥
1 PV max ≈ 0.2 Po max = 9 W 2
VCC 15 = = 3.75 A RL 4
U ( BR ) CRO ≥ 2VCC = 30V
（3）集电极损耗功率 三极管的损耗功率近似为
PT = P V − Po
当输入信号为零时， 当输入信号为零时，输出功率 Po = 0 ，此时二极管功 即没有输人信号时， 耗 PT = P V ，即没有输人信号时，直流电源的所有功率都 转换为晶体管的功耗．晶体管的功耗达到最大； 转换为晶体管的功耗．晶体管的功耗达到最大；当输人信号 增大时， 变小，晶体管的功耗反而变小。 增大时， Po 逐渐变大，PT 变小，晶体管的功耗反而变小。
I CM ≥
3. 用复合管组成的互补对称电路 （1）复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 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： 复合管的构成方式：
c b ib T1
ic
c ic b ib
T2 e
e
ic1 = β1ib , ib 2 = ie1 = (1 + β1 )ib , ic 2 = β 2ib 2 , ic = ic1 + ic 2 = [β1 + β 2 (1 + β1 )]ib