低频功率放大电路

第9章 低频功率放大电路
9.2 双电源互补对称功率放大电路(OCL电路)
单管甲类功率放大电路简单，只需要一个功率管便可工作。由于它的效率低， 而且为了实现阻抗匹配，需要用变压器，而变压器具有体积大、重量重、频率特性 差、耗费金属材料、加工制造麻烦等缺点，因而，目前一般不采用单管甲类功率放 大电路。乙类功率放大电路具有能量转换效率高的特点，常作为功率放大器。但乙 类放大电路只能放大半个周期的信号，常用两个对称的乙类放大电路分别放大正、 负半周的信号，然后合成完整的波形输出，即采用互补对称功率放大电路。
乙类功率放大电路的特征是工作点设置在截至区，在输入信号的整个周期内， 晶体管仅在半个周期内导通，有电流流过，功放的导通角θ =180°。
甲乙类功率放大电路的特征是工作点设置在放大区内，但很接近截至区，管 子在大半周期间导通，有电流流过，功放的导通角180°<θ<360°。
在甲类功率放大电路中，由于在信号全周期范围内管子均导通，故非线性失 真较小，但是输出和效率均较低，因而在低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙 类功率放大电路
2. 动态分析
当输入信号工作在正半周时，由于Ui >0，三极管T1导通，T2截止，T1管 的射极电流ie1经+VCC自上而下流过负载电阻，在RL上形成正半周输出电压， uo >0。
当输入信号工作在正半周时，由于Ui <0，三极管T1截止，T2导通，T2管 的射极电流ie2经-VCC自下而上流过负载电阻，在RL上形成负半周输出电压， uo >0。
于三极管是非线性器件，在大信号工作状态下，器件本身的非线性问题十分突 出，因此，输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。在实际应用中，要 采取措施减少失真，使之满足负载要求。
4. 图解法进行估算 由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路的范围，故不能用
小信号微变电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等指标作粗 略估算。
PDC
=
2 π
U2 cc
RL
将式(9-7)、式(9-11)代入式(9-3)是则得
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9.2 双电源互补对称功率放大电路(OCL电路)
9.2.1 电路组成和工作原理
1. 静态分析
当输入信号ui=0时，两个三极管都工作在截 止区，此时IBQ、ICQ、IEQ均为零，负载上无电 流通过，输出电压uo=0。
图9-2 基本OCL电路
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9.2.1 电路组成和工作原理
故引入电源利用系数
K
K = U cem VCC
(9-4) (9-5)
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9.2.2 性能分析
将式9-6代入式9-4得
Po =
1 2
U2 cem RL
=
1 2
V 2
2 CC
RL
(9-7)
K 当忽略饱和压降Uces时，即 =1，输出功率Pom可按下式估算
Pom
=
1 2
V2 CC
RL
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9.1.2 功率放大器工作状态的分类 功率放大电路按放大器中三极管静态工作点设置的不同，可分为甲类、乙
类和甲乙类三种，如图9-1所示。
图9-1 甲类、乙类、甲乙类功放电路工作状态
第9章 低频功率放大电路
9.1.2 功率放大器工作状态的分类
甲类功率放大电路的特征是工作点在负载线线性段的中点，在输入信号的整 个周期内，晶体管均导通，有电流流过，功放的导通角θ=360°。
交流信号的能量输送给负载，因此，要求转换效率高。
= Po
(9-3)
P
DC
式中， Po为信号输出功率，PDC是直流电源向电路提供的功率。在直流
电源提供相同直流功率的条件下，输出信号功率愈大，电路的效率愈高。
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9.1.1 功率放大电路的特点
3. 非线性失真要小 功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，而且由
1. 输出功率要足够大 如输入信号是某一频率的正弦信号，则输出功率的表达式为
Po =IoUo
改用振幅值表示，公式9-1又为
Po = 1 IomUom 2
(9-1) (9-2)
第六9章章低负频反功馈率放放大大器电路
9.1.1 功率放大电路的特点
2. 效率要高 功率放大器实质上是一个能量转换器，它是将电源供给的直流能量转换成
I sintd(t)= I
D(AV)
2π 0 c1
2π 0
cm
cm
π
(9-9)
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9.2.2 性能分析 因此，直流电源Vcc供给的功率为
PDC1 =I V D(AV) cc
=
1 π
IcmVcc
=
1 π
U cem RL
Vcc
=
π
V2 cc
RL
因考虑是正负两组直流电源，故总的直流电源的供给功率为
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本章要点: 功放的特点与分类 OCL电路原理与特性分析 OTL电路原理与调试方法 BTL电路组成与原理 VMOS功放的特点与应用
本章难点: OCL电路性能指标分析 OTL电路调试方法
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9.1 功率放大电路概述
9.1.1 功率放大电路的特点
功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具 有以下几个主要特点。
不难看出，在输入信号ui的一个周期内，即T1、T2管交替工作，流过RL 的电流为一完整的正弦波信号。
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9.2.2 性能分析
双电源互补对称电路工作图解分析如图9-3所示。图9-3(a)为T1管导通时的工 作情况。图9-3(b)是将T2管的导通特性倒置后与T1特性画在一起，让静态工作点Q 重合。
U cem
U cem U cem
U cem
图9-3 双电源互补对称电路图解分析
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9.2.2 性能分析
1. 输出功率Po
Po
=
U
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2
Icm 2
=
1 2
I cmU cem
=
1 2
U2 cem RL
当考虑饱和压降Uces时，输出的最大电压幅值为
Ucem=Ucc-Uces
一般情况下输出电压的幅值Ucem总是小于电源电压VCC值，
(9-8)
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9.2.2 性能分析
2. 效率η
由式9-3可知计算效率应先求出电源供给功率 PDC。在乙类互补对称放大电路中，每个晶体管的 集电极电流的波形均为半个周期的正弦波形。其 波形如图9-4所示，其平均值ID(AV)为
图9-4 集电极电流ic波形
1
2π
1
2π
1
I =
i d(t)=