电子教案-电子技术(第5版_付植桐)教学资源42550 第4章功率放大器-电子课件

为了防止降低单管 Q点位置可能出现 削波失真，需要 NPN与PNP两个对 管交替的放大，一 推一拉，输出信号 由两管输出信号拼 接而成，故名推挽 式功放。
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第 4 章 功率放大器及其应用
1.电路组成与工作原理
当输入正弦信号时，正半周信号使VT1导通、VT2 截止，负载上输出半个正弦波；负半周信号使VT1 截止、VT2导通，负载上输出另半个正弦波。
PV 2
2 0
U CC
(iC1
iC2
)d
(t)
1
0
U
CCiC1d
(t
)
U CC
0 Icm sintd(t)
2
U CC
Icm
可见，电源供给的功率随输入、输出信号的大小自动调节，显
然效率要高于甲类功放。则电路在最大输出功率时的效率为
m
Pom PV
1 2
U
cemI
cm
2
U
CC
I
cm
4
Ucem U CC
m
Pom PV
1.6mW 240 mW
100 % 0.67%
PT UCEQ ICQ Pom 5V 20mA－1.6mW ＝98.4mW
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第 4 章 功率放大器及其应用
2.变压器耦合单管功率放大器
Transformer
利用变压器的阻抗变换作用，可 将负载电阻RL换算到变压器一次 侧，对于理想变压器来说
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第 4 章 功率放大器及其应用
4.1.2 推挽功率放大器
欲提高功放效率，一是增加放大电路的动态范围以增加输出 功率，二是减小电源供给功率，即是要求在UCC一定条件下减 少静态电流ICQ，此时通常采用乙类或甲乙类推挽功放。
互补的、参数 对称的对管。
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乙类
输出电容C不 但起到隔直通 交作用，而且 利用其储能特 性能够在负半 周信号输入时 提供VT2管放 大的工作偏压。
此时， U cem U CC 2
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甲乙类
第 4 章 功率放大器及其应用
3.复合管互补对称功放
使用复合管可以进一步增强放大效果。复合管仍等效成互补 对称的对管，而末级对管为同一类型的更易选配，此种电路 称为准互补对称电路。
单片音频功放5G37
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第 4 章 功率放大器及其应用
5G37的典型应用电路
2脚为信号输入端，R1、 R2是偏置电阻，调节R1可 改变输出（6脚）的直流 电位，使其值为UCC/2。 消振电容C3接于3、4脚之 间，用于防止高频自激。 脚1接的R3、C2串联支路 与5G37内部的反馈电阻共 同构成交流电压串联负反 馈，改变R3的值可以调节 放大器的增益。
RL
n 2 RL，式中 n
N1
/
N
为变压器的变比。
2
可以利用上式把交流负载电阻变换成 所需数值。变压器的一次绕组直流电 阻很小，Re电阻很小，故直流负载线 几乎是竖直的，交横轴uCE于UCC点。
可见其交流通路中，有
uo iC RL iC n2RL
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第 4 章 功率放大器及其应用
第 4 章 功率放大器及其应用
第 4 章 功率放大器及其应用
功率放大器 功率放大器的应用 本章小结
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第 4 章 功率放大器及其应用
功率放大器简称功放，是一种向负载提供功率的 放大器。一般多级放大器总要带动一定的负载， 如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出 一定的功率，因而一般多级放大器最后一级都要 设置为功率放大器。
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第 4 章 功率放大器及其应用
4.1.1 甲类功率放大器
按照功放管的静态工作点位置不同，其工作状态可以 分为甲类、乙类和甲乙类放大等形式。
导通角2π
Q点在放大区 正中央
导通角π
Q点在放大区 与截止区临界
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导通角π～2π
Q点在放大区 但接近截至区
U CEQ ICQ Pom
耗最大达到UCEQICQ，有信号输入则管 耗减小，减小的部分就是输出功率Pom。
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第 4 章 功率放大器及其应用
例4.1.1
电路如下，UCC＝12V，RL为一只8Ω的扬声器，
求最大不失真输出功率、效率及功耗。 [解]
静态工作点为
ICQ 20mA，UCEQ 5V
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第 4 章 功率放大器及其应用
用5G37接成的BTL电路Байду номын сангаас
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用两块5G37可以 接成BTL形式的 电路，解决低电 压工作时输出功 率不足的问题。
uR2
iR1 R2
uBE4 R1
R2
所以
uB1B2 uR1 uR2 uBE4 (1
调节R2可以方便地调节两功放管的静态电流，
R2 R1
)
这种电路又叫“uBE扩大电路”。
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第 4 章 功率放大器及其应用
2.单电源互补对称功放（OTL） 用单电源供电显然更加方便，这种电路也称为OTL（无输出 变压器）电路。
0 uCEiCd (t)
式中，uCE、iC为总瞬时值， uCE UCEQ Ucem sin t
iC ICQ Icm sin t
PT
1
2
2
0 (UCEQ Ucem sin t)(ICQ Icm sin t)d (t)
U CEQ ICQ
1 2
U cemI cm
此式说明电源供给功率由输出信号功率 和管耗两部分组成，未加输入信号时管
Q点
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第 4 章 功率放大器及其应用
20μA
虚线是更为理想 的交流负载线
交流负载线上可知，最 大不失真的Icm=20mA， Ucem=0.16V，故有
1 Pom 2 U cemIcm 1 0.16V 20mA
2 1.6mW
PV UCC ICQ 12V 20mA 240 mW
则电路效率为
m
U cemI cm 2U CC ICQ
功放工作在甲类状态时电源供给功率与输出信号电流iC无关。即无论有无 信号输入输出，电源供给功率是固定的。
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第 4 章 功率放大器及其应用
管耗即功放管消耗的功率，主要发生在发射极上，称为集电 极耗散功率PT。
1
PT 2
2
第 4 章 功率放大器及其应用
1.阻容耦合放大器
三极管T的静态工作点位置必须居中， 即工作于甲类放大状态，只有这样才 能保证输出的电流、电压在线性放大 区有最大摆动幅度，才输出最大不失 真功率。
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Pom为三角 形ABQ的
面积
第 4 章 功率放大器及其应用
功放的最大不失真输出功率是指
效率是功放的重要参数，是指负载得到的信号功率和电源供 给的功率比值的百分数，即η＝Pom/PV，其中PV为直流电源提 供的功率，为
PV
1
2
2 0
UCCiCd (t)
而iC IC Icm sint ICQ Icm sint
故PV
1
2
2
0 UCC (ICQ Icm sin t)d (t) UCC ICQ
多级放大器
OUT
差分放大器
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功率放大器，提供 较强输出功率（电 流）以驱动负载
2
第 4 章 功率放大器及其应用
4.1 功率放大器
主要要求：
1.掌握功率放大器的分类 2.了解功率放大器的工作原理 3.了解功率放大器的基本参数及应用
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第 4 章 功率放大器及其应用
克服交
越失真
互补对 称对管
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第 4 章 功率放大器及其应用
一种更为常见的可以设置静态工作电
流的互补对称功放电路。VT1、VT2基 极间电压为
uB1B2 U B1 U B2 uCE4 uR1 uR2
uR1 uBE4 0.7V
当满足iR1 iR2 iB4时，有
为了减少交越失真，可使对管工作点稍高于截止点，即在两管 的发射结加上很小的正偏压，各管都有一个很小的静态电流IC， 放大器工作于甲乙类状态，而不会对效率有很大影响。
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第 4 章 功率放大器及其应用
2.输出功率、效率的估算
在忽略静态电流IC、饱和压降 UCES和穿透电流ICEO条件下，可 将理想对管按乙类估算，且只分 析一个管子的情况就可以了。
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第 4 章 功率放大器及其应用
上述推挽功放中对管工作于甲乙类状态，而不是乙类状态， 这是为了减少“交越失真”。
由于乙类状态中，三极 管静态Q点在截止点， 没有基极偏流，而管子 的输入特性有一段死区， 且特性开始部分非线性 比较严重，在两管交替 工作时则有图（a）所示 的交越失真现象。
4
78.5%
推挽式功放效率比甲类单管功放高了很多。以上功放都是变 压器耦合式功放，具有体积大、不易集成，频率窄，有功率 损耗，易产生自激等缺点，无输出变压器功放才是发展趋势。
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第 4 章 功率放大器及其应用
4.1.3 互补对称功率放大器
互补对称功放是一种典型的无输出变压器式功放。其利用特 性对称的NPN和PNP的对管交替工作、互相补充，一般工作 在甲乙类状态，效率接近乙类功放的78.5%。
由于U cem
U
CC，I
cm
Ucem RL
U CC RL
则最大输出功率为
Pom
1 2 U I cem cm
1 2
U
2 cem
RL
1 2
UC2C RL
式中RL
N1 N2
2
RL
n 2 RL
UCES≈0，可 以忽略。
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第 4 章 功率放大器及其应用
直流电源供给功率为
1
A
在正弦信号输入下，失真不超过 额定要求时，电路输出最大信号
功率，用最大输出电压有效值和
最大输出电流的乘积表示。
输出断路测量时，
Pom
Ucem 2
Icm 2
1 2 UcemIcm
Ucem表示最大不失真的集电极－ 发射极正弦电压幅值，Icm表示 集电极正弦电流的幅值。
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第 4 章 功率放大器及其应用
功率放大器的基本特点
1.输出功率足够大 2.效率尽可能高
放大器实质都是将电源的直流功率转化为负载输出的交变功率， 转换效率是其重要性能指标，效率高、损耗小才是理想的功放。
3.非线性失真尽可能小 4.散热须良好 消耗的那部分功率以热能形式散发。 5.分析应用图解法，微变等效电路法不适用
功放的工作于大信号输入状态，无法使用小信号的微变等效方法。
1.甲乙类互补对称功放（OCL）
与变压器耦合的乙类推挽功放一样，由 于晶体管输入特性死区问题，互补对称 电路在乙类状态下也有交越失真。
VT3为前置级，静态势其集电极电位 UC3=0V。利用VT3集电极电流在VD1、 VD2上的压降，为VT1与VT2提供一个 合适的正向偏压，使其工作于甲乙类
状态，克服交越失真。
等效 NPN管
等效 NPN管
等效 PNP管
互补对称OCL
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准互补对称OTL
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等效 PNP管
4.1.4
第 4 章 功率放大器及其应用
集成功率放大器
最大不失真 输出功率 2~3W，适 应工作电压 14~20V， 负载4~16Ω， 可作为普通 音频功放应 用于收音机、 录音机、电 视机中。
交流负载线斜率-1/n2RL，交横轴于 2UCC，交纵轴于2ICQ。此时输出功 率最大，为
Pom
1 2 UcemIcm
1 2 UCC ICQ
此时效率也最大，为
m
U I cem cm 2UCC ICQ
UCC ICQ 2UCC ICQ
1 2
50%
以上推倒过程均为理想状况下，故而可见甲类功放最高效率 只有50%，一般变压器也存在损耗，以及管子饱和压降、Re 上的压降等原因，实际效率还低得多。