第三章四互补对称功率放大电路

（二）复合管互补对称功率放大电路 1.复合管（达林顿管） 目的：实现异型管子参数的配对。 复合管：由两只或两只以上的三极管按照一定的连接方式，组成一 只等效的三极管。 复合管的特点：类型与组成复合管的第一只三极管相同；其它特性 由最后的输出三极管决定。
复合管的四种组合方式： 同型复合： 异形复合：
复合管的组成规则： 1) B1 为 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 为 C 或 E； 2) 应保证发射结正偏，集电结反偏； 3) 复合管类型与第一只管子相同。 2.复合管互补对称放大电路举例 （1）接有泄放电阻的复合管：P102图3.4.7
ICEO1
（2）准互补对称功放电路：P103图3.4.8
第一级电压增益
Au1

uo1 ui

rbe1
1RL1 (1 1)R4
601.3 9.6 2 61 0.1
Au1(dB) 20 lg 9.6 19.6(dB)
第二级电压增益
Au1

uo ui 2
2
RL rbe2

2
4.7 / /5.1 2.2

2 RL
U CE ( sat ) ] RL
(3)总管耗：PC PDC Pom 1
pc1 pc 2 2 ( PDC Pom )
(4)效率： PO
PDC
理想：m


4
§3.5 多级放大电路
教学要求: 熟悉零点漂移产生的主要原因及抑制零漂的方法； 掌握多级放大电路的几种主要耦合方式； 掌握理想运算放大器的理想条件。
§3.4 互补对称功率放大电路
教学要求
1.掌握甲类、乙类和甲乙类三类功率放大电路的工作原理; 2.理解交越失真形成机理；
3.了解复合管结构及其特性。
一、概述 对功率放大电路的基本要求 1.不失真情况下输出尽可能大的功率：I与U都大，管子工作在极限 状态。 2.提高效率： = Pomax / PDC 要高 3.集电极最大功耗: PC=PDC-PO功放管极限应用，选管要保证安全 。

2RL Pom
2 RL

2
2
Pom
0.2 Pom
0.2 VC2C 2 RL
最大管耗不应超过晶体管的最大允许管耗，即PＣ1m=0.2Pom＜PCM。
例3.4.1P99 已知：VCC=VEE=24V,RL=8Ω,求：pom,pDc,pc1及选管
解：（1）pom

U2 omm
2 RL

242 36(w) 28
问题：两管交替导电时刻，输入电压小于死区 电压时，三极管截止， 在输入信号的一个周期内，V1、V2轮流导通时，基极电流波形在过 零点附近一个区域内出现失真，称为交越失真。且输入信号幅度越 小失真越明显。产生交越失真的原因：静态时，UBEQ=0 , ui尚小时， 电流增长缓慢 。
（二）功率和效率 1.输出功率：输出电流和输出电压有效值的乘积，就是功率放大电 路的输出功率。
p105例3.5.1、两级共发射极电容耦合放大电路如图所示，已知三 极管V1的β 1=60，rbe1=2kΩ , V2的β 2=100，rbe2=2.2kΩ ,各电容的 容量足够大。试求放大电路的Au、Ri、RO。
Ri2 R6 / / R7 / /rbe2 33 / /10 / /2.2 1.7k
一个信号 状态 周期内导
通时间
工作特点
整个周 失真小，静态电流
甲类 期内导 大，管耗大，效率
通
低。
半个周 失真大，静态电流
乙类 期内导 为零 ，管耗小，
通
效率高。
甲乙 类
半个多 周期内 导通
失真大， 静态电 流小 ，管耗小，
效率较高。
图示
三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless) （一）电路组成及工作原理
（1）输出功率：PO
U om 2
I cm 2

1 2 U om Icm ;
po

U
2 om
2 RL

1 2
RL
I
2 cm
I cm
U om RL
(2)最大不失真输出电压幅度：Uomm VCC UcE(sat) VCC
(3)最大不失真输出电流幅度：Icmm
Uomm RL
Vcc RL
+ + UCE4 UBE4 -
-
工当当通3U、 作；BuuE原iiV4U2=<理C微E00R：扩 导1时(R通大 从，2R小电 V21到、U路截大CVE（ 2止变4微c化） 导时通图 微)，。导V通1 微导通 充分导通 微导 当通所U；示CuEiV。41>微0U导R(B通从2E 4大(R到1 截小 止变R2化)调时R微)1，、导RV2通2可微。调导实U通际C电E4路充如分上导图通（b）和微（导c）
晶体管截止，当输出电压uo达到最大不失真输出幅度时，截止管 所承受的反向电压为最大，且近似等于2VCC。为了保证功率管不 致被反向电压所击穿，因此要求三极管的
U(BR)CEO＞2VCC=2×24V=48 V。 放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值
Icmm，为使放大电路失真不致太大，则要求功率管最大允许集电
(4)最大输出功率：Pom

U omm 2
I cmm 2
Vc2c 2RL
一般：P om

[Vcc
UCE(sat) ]2 2RL
2、直流电源的供给功率
（1）集电极电流平均值
Ic1

Ic2

1
2
0
Icm sintd (t)

1
2
[ cost]0

Icm

（2）两电源供给总功率
pDc
PDc
2VC2C
RL
2 242
8
45.9(W )
pc1

1 2
(45.9 36)

4.9(W )
(2) pc1m

VC2C
2RL

242
8 2
7.3(W )
(3)选管：PCM 7.3(W )
U(BR)CEO 2VCC 2 24 48(V )
3、功率
（1）最大不失真输出功率：
P O

U
2 om
2RL
考虑UCE (sat )
:
pom

[
1 2
VCC


不考虑U
CE
(
sat
)
:
pom

VC2C 8RL
UCE (sat ) ]2 2 RL
(2)电源提供功率：
pDC

IC1
VCC 2

IC 2
VCC 2
VCC IC1
3.OCL 电路和 OTL 电路的比较
电源 信号 频率响应 电路结构
OCL 双电源 交、直流
好 较简单
OTL 单电源
交流
fL 取决于输出耦合电容 C
较复杂
4、计算公式
1、静态：U E
UC

1 2
VCC
2、动态：ui正半周，V1导通，ic1 uo正半周，c充电。
ui负半周，V2导通，C放电 ic2 uo负半周。
111
Au2 (dB) 20 lg111 41(dB)
RL1 R3 / / Ri2 5.1/ /1.7 1.3k
一、多级放大电路的组成及性能指标的估算 （一）多级放大电路的组成
耦合：级与级之间的连接方式。 1.耦合方式：共四种。
直接耦合：电路简单，能放大交、直流信号，各级静态工作点“Q” 互相影响，不利于调整，零点漂移严重；电路利于集成化，低频特 性好。 阻容耦合：各级静态工作点“Q” 相互独立，只放大交流信号；不 利于集成化，低频特性差。 光电耦合：主要用于耦合开关信号，抗干扰能力强。 变压器耦合：各级静态工作点“Q” 相互独立，可实现阻抗的变换； 用于选频放大器、功率放大器等；不利于集成化,低频特性差。
IC1

IC 2

1
2
0
Icm sin td (t)
I cm

PDC
VCC Icm

考虑UCE (sat ) : PDC 不考虑UCE (sat ) : PDC
VCC U om VCC
RL

VCC
1 2
VCC

RL
[
1 2
VCC
VC2C
（三）甲乙类单电源互补对称放大电路 OTL电路： 1.电路组成
2.工作原理
当 ui > 0 时：V2 导通，C 放电，V2 的等效电源电压 0.5VCC。 当 ui < 0 时：V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 注意： 应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。
二、放大电路的工作状态
放大电路按三极管在一个信号周期内导通时间的不同，可分为 甲类、乙类以及甲乙类放大。在整个输入信号周期内，管子都有电 流流通的，称为甲类放大，如下表所示，此时三极管的静态工作点
电流ICQ比较大；在一个周期内，管子只有半周期有电流流通的，称
乙类放大；若一周期内有半个多周期有电流流通，则称为甲乙类放 大。
ICM
ICmm
VCC RL

24 8
3( A)
5.功率管的选择 该功放晶体管实际承受的最大管耗PＣ1m为PＣ1m=V2CC/π 2RL=7.3 W
因此，为了保证功率管不损坏，则要求功率管的集电极最大允许
损耗功率PCM为PCM＞PＣ1m=7.3 W。 由于乙类互补对称功率放大电路中一只晶体管导通时，另一只
2.电路的组成:
输入级：与信号源相连接 的第一级放大电路。 输出级：与负载相连接的 末级放大电路。 中间级：输入级与输出级 之间的放大电路。
（二）多级放大电路性能指标的估算
Au

uo ui
uo1 guo2 guo3 L ui ui 2 ui3
uon uin
Au1 gAu 2 gAu3 L
Aun
1 ( 2VCCU om
2 RL

U
2 om
)

U Hale Waihona Puke Baidum
2 RL
RL
(VCC

U om ) 4
管耗与输出信号电压的幅度有关！
（2）最大管耗：
a.最大管耗时的U
的值：令：dp1
om
dU om
VCC
RL
U om 2 RL
0
得：U om

2VCC

0.6VCC时，pc1达最大值。
2VCC
IC1VCC
IC2VEE
2I V C1 CC

2VCC Icm


2
VCC Icm
（3）最大输出功率时电源总功率
PDC

2VCC

VCC
UCE(sat ) RL

2VC2C
RL
3、效率：


po pDC

1 2
U
om
Icm
2

VCC
I
cm
Uom
4 VCC
U
om
n
Au Au1 Au 2 Au3 L Aun
Auk
k 1
n
Au (dB) Au1(dB) Au2 (dB) Aun (dB) Auk (dB)
k 1
RLK Ri(k 1) ; RSK RO(K 1)
多级放大电路的输入电阻：Ri = Ri1 多级放大电路的输出电阻：Ro = Ron
此时效率： U om 1 50%
4 VCC
4 VCC
2
b.每管最大管耗：pc1m

pc 2m

2VCC
RL
(VCC


2VCC
4
)

VC2C
2 RL
C. pc1m与pom的关系：Pom
1 VC2C 2 RL
VC2C
2RL Pom
pc1m

pc 2m
极电流ICM满足ICM＞Icmm=VCC/RL=3A。
四、甲乙类互补对称功率放大电路 （一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路
1、乙类互补对称功放的交越失真
克服交越失真的思路：管子工作在甲乙类,处于微导通状态。两管 合成后，相互补偿，消除失真 。 电路如下图（a）所示，利用二 极管进行偏置，直流电源给V1 、 V2提供静态电压。 2、甲乙类互补对称功率放大电路
采用正、负电源构成的乙类互补对称功率放大电路如下动画所
示，V1和V2分别为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极分别连 接在一起，信号从基极输入，从发射极输出，RL为负载。要求两管 特性相同，且VCC=VEE。
0
特点：双电源，V1与V2交替工作，正负电源交替供电，输入与输 出之间双向跟随 。
原理：静态即ui = 0 时 ， V1 、 V2 均零偏置，两管的IBQ、ICQ 均为零，uo=0，电路不消耗功率。 ui > 0 时，V1正偏导通，V2 反偏截止，io= iE1=iC1,uO = iC1RL ； ui < 0 时，V1反偏截止，V2 正偏导通，io=iE2=iC2, uO = iC2RL ；
Uom

0时 0

U
时
omm

m
VCC
4
U CE ( sat ) VCC

4
78.5%
实用中，放大电路很难达到最大效率，由于饱和压降及元件损 耗等因素，乙类推挽放大电路的效率仅能达到60%左右。
4.管耗
(1)每只管耗：
pc1

pc 2

1 2 ( pDC

po )