功率放大电路

动态时： u T1导通，T2截止 iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
i
＋VCC
Ｔ ic1 １
u
o
ui > 0V ui 0V
Ｔ ic2
－
R
L
２
VCC
T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时NPN型三极管导电，有电流通过 负载RL，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。 当输入信号为负半周时，且幅度远 大于三极管的开启电压，此时PNP型三 极管导电，有电流通过负 载RL，按图中 方向由下到上，与假设正方向相反。于 是两个三极管一个正半周，一个负半周 轮流导电，在负载上将正半周和负半周 合成在一起，得到一个完整的不失真波 形。
二、复合管互补功率放大电路
1、复合管 (P123) 推动管
IB IC1
输出管
IC
IC2
IE1 =IB2
IE

I C I C 1 I C 2 1 I B 1 2 I B 2 1 I B 1 2 I E 1
1 I B 1 2 ( 1 1 ) I B 1 ( 1 2 1 2 ) I B 1 1 2 I B1
• 静态功率大，效率低
9.3 乙类功率放大器
一、电路组成
+Vcc
RB C1
+ Rs us c + b e RE T + C2 + uo R L _
+
-
ui _
+Vcc
RB + ui EB
c
b
e RE
T + uo R L _ +Vcc
RB
c b e RL
T
+ uo _
+
ui -
+Vcc
RB
c b T
增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。
c c
ib
b
iC T1 T2 ie
e b
ib T1
iC
T2 ie
ec
c
复合NPN型
iC ib T ie
e
复合PNP型
ib
b
iC T ie
e
b
1 2
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
复合管的特点 •复合管的β是两个管β1、β2的乘积。 •复合管的管型取决于推动管。 •使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输 入电流应与推动管的输出电流一致。
PV = PT Po

Po PV 100 %
Po : 负载上得到的交流信号 PV : 电源提供的直流功率
功率
4、功放管散热和保护问题不可忽视 5、分析方法
二、分类
PT U CE I C
甲类功放：
在一个信号周期内都有电流流过晶体管 o 管子的导通角为360 静态电流大于0，管耗大，效率低 乙类功放：
u CE
三极管的极限工作区
小结：
1、输入信号越大，Po, 越大。 2、Po越小，管耗越大，静态管耗最大， 等于电源供给功率。
3、甲类功放最高效率为50%。 4、要管子安全工作的重要参数是PCM、ICM 和U(BR)CEO。 5、效率低的主要原因是静态损耗大。
甲类功率放大器存在的缺点：
• 输出功率小
静态时，UB = UA = VCC /2 ，T1、T2截止， 即处于乙类工作状态，电容两端的电压为 VCC /2 UB UA
动态时，当输入信号处于正半周时，T1 导通，T2截止，ie1流过负载，产生uo, 同时对电容充电。
当输入信号为负半周时，T1截止，T2导 通，电容放电，产生电流ie2通过负 载RL ，按图中方向由下到上，与假设正方向 相反。 于是两个三极管一个正半周，一个负 半周轮流导电，在负载上将正半周和 负半周合成在一起，得到一个完整的 不失真波形。
N1 N2
向
u CE
R L
2
输出功率 Po I oU o
Pom 1 2
I om U om 2 2

1 2
I om U om
I CQ V CC
结论：输入信号越大, 输出功率越大
u CE
电源提供的功率
无信号时:
P 有信号时:
V
PV V CC I CQ
1 2 1 2
2

1 (V CC U CES ) 2 RL

1 V CC 2 RL
2
2 RL
+VCC
+ ui -VCC
uo
2、电源功率PV
直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功 率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。
PV = V CC I CC V CC V CC 2 π
2π
2
π
0
I om sin t d( t )
uo
交越失真
t
消除交越失真的OCL电路
9.4 甲乙类功率放大器电路
一. 甲乙类双电源互补对称电路 1.基本原理
电路中增加 R1、 R2、 D1、D2、R3支路
静态时: T1、T2两管发射结电压分 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——甲乙类工作状态
动态时：设 ui 加入正弦信号。正半 周 T2 截止，T1 基极电位进一步 提高，进入良好的导通状态；负 半周T1截止，T2 基极电位进一步 降低，进入良好的导通状态。
3、
I CM RL
2V CC
三极管的极限工作区
V CC
小结:
1、乙类功放两管轮流工作 2、 Po
U
2 om
Pom
(V CC U CES ) 2 RL
2
2RL
3、
=

4

U
om
V CC

4
max
78.5 %
ui
死区电压
当 IB=0 时
+VCC
死区电压
+
ui -VCC
0
集电极电阻RC的 功率损耗 直流电源提供 的直流功率
U CEQ U CEQ I CQ R L V CC u CE
RL
可获得的最大交流功率为
Pom I CQ RL 2
2
U CES
U
CEQ
uo
u CE
变压器耦合功率放大器
uI
从变压器原边向负载方 看的交流等效电阻 RL

Po PV

1 2
I om U om I CQ V CC

I om U om 2 I CQ V CC
最高效率
max
Pom PV
50 %
功放管的选择
I 2 I CQ CM U ( BR ) CEO 2V CC P I CQ V CC CM
波形关系： 特点：存在较小的静态 电流 ICQ 、IBQ 。 每管导通时间大 于半个周期，基 本不失真。 t iC ib ICQ IBQ Q VCC uce
iB
iB IBQ uBE uB1
iC
t
U
BE 4

R2 R1 R 2
BE 4
U CE 4
U CE 4 U
R1 R 2 R2
利用uBE扩大电路进行偏置的互补对称电路
4 、效率
=
Po PV

4

U
om
V CC
最高效率max
U om V CC 时， max

4
78.5 %
选功率管的原则：
1、每只管子的最大允许管耗必须大于0.2倍的最大输出功率：
PCM 0 . 2 Pom
P 即： om 5 PCM
2
Pom
V CC
2RL
2、U ( BR ) CEO
RL
2 om
VCC

(
V CC U
om


U
)
4
两管管耗
P T = 2 P T1
2 RL
(
V CC U
om


U
2 om
)
4
三极管的最大管耗
PT1 =
2π
1 RL (
1
π
0
(V CC U om sin t ) U om 4
2
U om sin t RL
d( t )
管子只有半个周期内导通 o 管子的导通角为180 静态电流等于0，效率高 甲乙类功放：
管子的导通时间大于半个周期但是小 于一个周期，比半个周期稍多些
丙类功放：管子导通时间小于半个周期
9.2 甲类功率放大器
RL选择很重要，实际RL 都偏小要得到合适RL， 就需要进行阻抗匹配， 变压器可实现。
晶体管集电 极耗散功率
iL=0 uo
严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启 电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处 会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。
乙类互补对称功放的缺点
输入输出波形图 ui 死区电压 uo ´
＋V CC
Ｔ １ ui Ｔ ２
－
uo
uo
uo
RL
VCC
交越失真
存在交越失真
ui
t
2. 带复合管的OCL互补输出功放电路
T1：电压推动级（前置级）
T2、R1、R2：UBE扩大电路
U CE 2 U BE 2 R1 R2 R2
vi
＋ ＣＣ Ｖ
T1 T3 R1 T2 R2 T5 R3 T6 RL T4
vo
合理选择R1、R2，b3、b5间 可得到 UBE2 任意倍的电压。 T3、T4、T5、T6： 复合管构成互补对称功放
三、分析计算(P488)
Icm2
ic的最大变化范围为：2 I cm
uCE的最大变化范围为： + ui -
+VCC
2 (V cc U CES ) 2 I cm R L
uo -VCC
1、输出功率
Po U o I o
Pom 1U
2 om
U om U om 2 2RL
2

1 U om 2 RL
2π
2
π
U om RL
sin t d( t )
0
V CC U om RL
即PV ∝Uom 。当Uom趋近VCC时，显然PV 近似与电源电压的平方成比例。
3．三极管的管耗PT
电源输入的直流功率，有一部分通过三极 管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极 管上，形成三极管的管耗。显然
PT = PV Po 2V CC U
+
ui -
e
RL
+ uo _
＋V CC
结构特点:
互补对称： 电路中采用两个晶
Ｔ
１
u
i
u
o
体管：NPN、PNP各
一支；
Ｔ
２
－
R
L
两管特性一致。组
成互补对称式射极输 出器。
VCC
互补推挽电路 无输出电容乙类互补功率放大电路 （OCL电路）(P168及486)
二、工作原理（设ui为正弦波）
静态时： ui = 0V ic1、ic2均=0（乙 类工作状态） uo = 0V
过电流区是由最大允许集电极电流 过电压区由c、e间的击穿电压 在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管 确定的，超过此值，β 将明显下降。 U 所决定。
三极管的极限工作区
放大电路输出给负载的功率是 由直流电源提供的，若效率不 2、非线性失真要小 高，则能量浪费，管子温度升 3、效率要高 高，减短管子的寿命
9.1 概 述 9.2 甲类功率放大器 9.3 乙类功率放大器 9.4 甲乙类功率放大器电路 9.5 甲乙类单电源功率放大器
9.1
概述
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。
以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路

2
0 2
V CC i C d ( t ) V CC ( I CQ I Cm sin t ) d t V CC I CQ
0
结论:
有无信号时电源供给的 功率都相同，因此输出功率 小时，管耗大。
u CE
静态时管耗最大，即 PT max
效率
PV V CC I CQ
om
R L

U
2 om
2RL
将PT画成曲线， 如图所示。
乙类互补功放电路的管耗
＋V CC
一个管子的管耗
PT1 =
1
Ｔ １
uo RL
U
om
2π
π 0
1
π
0
(V CC u o )
d ( t )
sin t
ui
d( t )
uo Ｔ ２
－
RL

2π
1 RL
(V CC U
om
sin t )
例： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的 放大电路。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。
一、功放电路的特点和要求
1、输出功率尽可能大 一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角 (BR)CEO 度还分有 过损耗区由集电极功耗PCM所决定。 过电流区 过电压区 过损耗区 它们的位置如图所示。
输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管， 两者特性容易对称。
－Ｖ ＣＣ
9.5 甲乙类单电源功率放大器
一、单电源OTL互补功率放大电路(P485)
（1）电路组成
它 由 一 对 NPN 、 PNP 特性相同的互补 三极管组成。这 种电路也称为OTL 互补功率放大电 路。
VCC
ui
C
RL uo
（2）工作原理
V CC U om

)
问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？
用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出： PT1max发生在Uom=0.64VCC处。 将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：
PT1max V CC
2 2
RL
0 .2
V CC
2
2 RL
0 . 2 Pom
U CES 0