第八章功率放大电路

R b1
RL
Q
IcQ
ui
uce
uceQ
电源提供的平均功耗：
Pv VCCICQ
1）三极管的静态功耗：
若 UCEQ12VCC
PT UCEQ ICQ 1 则 PT PRL2VCCICQ
三 极 管 和 负RL载 的电 静阻 态 功 耗 相 等
2）动态功耗 （当输入信号vi时）
放大电路向电阻性负载提供的输出功率
-USC
8.2 . 3. 分析计算 （1）实际输出功率Po
T1 ui
Po=VoIoVo2m
Vom Vom 2 2RL 2RL
PNP型
最大不失真输出功率Pomax
+VCC
NPN型
vo iL
RL T2
-VCC
最大不失真输出电压时的输出功率
(VCC VCE)S 2
Poma =x
2 RL
(VCC VCE )2 SVC2 C
8.3 甲乙类互补对称功率放大电路 8.3.1 甲乙类双电源互补对称电路 8.3.2 甲乙类单电源互补对称电路
8.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
1.克服交越失真的措施：
克服交越失真的措施就是避开死区电压区，使每一个 晶体管处于微导通状态。
静态偏置
2.二极管偏置电路
增加 R1、D1、D2、R2支路
R1
D1
ui D2 R2
+USC T1
UL iL
RL T2
-USC
2.二极管偏置电路
原理：
静态时:
D1、 D2的正向导通
T1、T2两管均处于微弱导通状态
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；
T1导通
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。
vo iL
RL T2
-VCC
= Po Vom
PV 4 VCC
当
Vo
mVC
时
C
，
4
78.5%
（5）最大管耗PTm与Pom关系
PE
1
PT 1=2π
0π(VCCVomsi nt)•Vom RsLi ntd(t)
PT
1 (VCCVomVom2)
PO
RL
4
问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？
第八章功率放大电路
2020/11/26
1
第八章 功率放大电路 8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 乙类互补对称功率放大电路
8.3 甲乙类互补对称功率放大电路 甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路
*8.4 集成功率放大器
8.1 功率放大电路的一般问题 8.1 .1 功率放大电路的主要特点
2RL
2RL
忽略VCES
（2）管耗PT
+VCC T1
ui
NPN型
单个管子在半个周期内的管耗
vo
两管管耗
iL
PT1=21 π0π(VCC vo)R vo Ld(
t)
PNP型
RL T2
2 1 π0 π(V C C V os mitn )V oR s m Litn d(t) -VCC
2 1 π0 π(V C R V L C om sitn V R oL 2 m si2n t)d(t)
输入信号
Vcc
电源滤波电容
ui 调节音量
62
+
14 8
1
5
输出耦合大电容 500
2.7 8
0.1
外接旁路电容
低通滤波,去除高频噪声
精品课件！
精品课件！
8.4 集成功放
Rc1 T1
ui
Rb1 差动放大级
T3 Re3
VK＝VC≈VCC/2。
当有信号ui时 正半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电
负半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。
只要满足RLC >>T信，电容C就可充当原来的－VCC。
计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2 代替原来公式中的VCC。
（OTL）
（Output TransformerLess）
2) ICM Ic1max = VCC / RL ic1
3) V(BR)CEO 2VCC iO
并注意保证足够的余量
8.2 . 5 乙类互补对称电路存在的问题 存在交越失真
实际测试波形
仿真波形
交越失真
ui
死区电压
＋ V CC
uo ´
Vbe1
Ｔ１
ui
uo
uo
Vbe2
Ｔ２
RL
uo
－V CC
乙类电路存在交越失真原因是什么？
P0 12(12VCC)ICQ
此电路的最高效率
P0m 0.25
Pv
+ VC
R b1
RL
ui
甲类功率放大器存在的缺点：
•静态功率大，输出功 率小，效率低
P0m 0.25
Pv
1、无信号时，仍有电流流入，电能全部转为高热量。 2、有信号时，部分功率可进入负载，但许多仍转变为热量。
甲类功率放大器的优点：
功率放大电路的特点
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。
8.1 . 2. 功放要解决的问题 提高输出功率 提高效率 减小失真 管子的保护
8.1 . 3. 功放三种工作状态
具有最佳的线性，每个输出晶体管均放大信号全波，不存在交越失真（SwitchingDistortion），播音频的理想 选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬，这些优点足以补偿它的缺点
8.1 . 5. 提高功放效率的途径 甲类电路Q点较高，静态电流较大，消耗了大量功率。 降低静态功耗， 即减小静态电流。
假设Vbe=0V
＋ V CC
Ｔ１
ui
uo
Ｔ２
RL
－V CC
（OCL）
8.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 （Output CapacitorLess）
8.2 .1 电路组成 8.2 . 2 工作原理 8.2 . 3 分析计算
8.2 . 4 功率BJT选择原则 8.2 . 5 乙类互补对称电路存在的问题
= Po Pv
式中， Po为信号输出功率，PV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。
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。
T2导通
R1
D1
ui D2 R2
+UCC T1
UL iL
RL T2
-UCC
2.二极管偏置电路
波形特点：
R1
D1
ui D2 R2
+UCC T1
UL iL
T2
RL
-UCC
利用二极管进行偏置电路克服交越失真，但是仍有缺点缺点：偏置电压不易调整
3.VBE倍增偏置电路
克服交越失真电路中的 D1、D2两二极管可以用 UBE电压倍增电路替代。
8.1 . 2 功放要解决的问题 8.1 . 3 功放三种工作状态 8.1 . 4 甲类功率放大器分析 8.1 . 5 提高功放效率的途径
8.1 功率放大电路的一般问题
功率放大电路：
向负载提供功率的放大电路。
功率放大器的作用：
用作放大电路输出级，驱动执行机构。
如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。
8.2 . 2. 工作原理
静态时：
ui = 0V ic1、ic2均=0（乙类工作状态） uo = 0V
动态时： ui > 0V
T1导通，T2截止
ui
iL= ic1 ;
ui 0V
T1截止，T2导通
iL=ic2
注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。
+USC T1
ic1
iL uo
RL ic2 T2
3
12
4
11
5
10
6
9
7
8
14 -- 电源端（ Vcc）
3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND）
2、6 -- 输入端 （一般2脚接地）
8 -- 输出端 （经500 电容接负载）
1 -- 接旁路电容（5 ） 9、13 -- 空脚（NC）
8.4 集成功放
集成功放 LM384 外部电路典型接法：
PNP型
Ｔ２
RL
－V CC
解决乙类电路失真 ui > 0V
T1导通，T2截止
假设Vbe=0V
NPN型
＋ V CC
Ｔ１
ui
uo
ui
＋ V CC
Ｔ１ uo
PNP型
Ｔ２
RL
Ｔ２
RL
－V CC
－V CC
解决乙类电路失真
ui 0V
T1截止，T2导通
NPN型
ui
＋ V CC
Ｔ１ uo
PNP型
Ｔ２
RL
－V CC
+ I
图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则
VC E
R1 R2 R2
VB
E
VBE可认为是定值
R1
IB
B
R2
合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到 UBE 任意倍数的电 压。
C
B1
U E
B2
8.3.2 甲乙类单电源互补对称电路
K
静态时，偏置电路使T1微导通，Vcc对电容C充电达到 稳态
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
改用振幅值表示为
Po =IoUo Po =
1 IomUom 2
功率放大电路的特点
R b1
ui
+ VCC
RL
2) 效率要高
P v = P O P T P B I A S
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交流信号的能量输送给 负载，因此，要求转换效率高。
静态电流接近于0
5）分析方法 6）动态指标
图解法、小信号法 Av、Ri、Ro等
图解法 Po、PT、η等
注意:无论功率放大电路还是电压放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，称呼上的区别 只不过是强调输出量不同而已。
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。
+ VCC
Po Vo2mIo2m12Vom Iom 在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面 积，这一三角形称为功率三角形。
R b1
RL
ui
UCEQ12VCC
要想PO大，就要使ห้องสมุดไป่ตู้率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。
最大输出功率
P0 12(12VCC)ICQ
电源提供的功率
P v 2 1 0 2 V C i C C d (t ) 2 1 0 2 V C ( I C C I Q C s m t i ) d n t V C I C C
例： 扩音系统
信号 提取
电压 放大
功率 放大
8.1 .1. 功率放大电路的主要特点
和电压放大电路相同
1）交直共存
2）直流能量被转换为交流能量
和电压放大电路不同
电压放大电路
功率放大电路
3）任务
不失真放大电压信号
提供大输出功率
4）工作特点
输入小信号，信号动态范围小， 输入大信号，信号动态范围大，
有一定静态电流
1
(VC
CVomVo
2 m
)
RL
4
PT=PT1PT2R2L
(VC CVo
mVo
2 m
4
)
（3）电源供给的功率PV
T1
Po
Vom 2 2 RL
ui
PT
=
2 (VCCVomVom2)
RL
4
PV=PoPT
2V CC V
RL
om
PNP型
当
Vo
mVC
时
C
， PVm
2
V2 CC
RL
（4）效率
+VCC
NPN型
5. 提高功放效率的途径：降低Q点
假设Vbe=0V
ui > 0V
ui
T1导通
ui 0V
T1截止
T1
+UCC
NPN型
iL
RL
uo
如何解决乙类电路失真问题？
解决乙类电路失真方案
＋ V CC
NPN型
Ｔ１
互补对称：
ui
uo
电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；
两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。
三极管根据正弦信号整个一周期内的导通情况， 可分为几个状态：
甲类：
有直流基础，BJT静态导通 一个周期内均导通
乙类：
无直流基础，BJT静态截止 半个周期内均导通
甲乙类：
导通角大于180°
# 哪种状态电路作压放最合适？ # 哪种状态电路作功放最合适？
8.1 . 4. 甲类功率放大器分析
+ VCC
Ic
8.2 . 1. 电路组成
特点： 1、采用正、负双电源供电 2、由一对NPN、PNP特性相同的 互补三极管组成 3、由三极管组成的射极输出器工作在乙类状态 4、输入输出不加隔直电容，也称为OCL互补功率放大电路。 互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。
用PT1对Vom求导得出： PT1max发生在Vom=0.64VCC处。
将Vom=0.64VCC代入PT1表达式：
PT1ma0x.2V2CRLC 20.2Pomax
Pomax
VCC2 2RL
8.2 . 4 功率BJT选择原则：
保证BJT工作在安全区： 1) PCM PT1max = 0.2 POmax
8.4 集成功放 特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。
实用集成功放简介 集成功放LM384：
生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V
8.4 集成功放 集成功放 LM384管脚说明:
)
1
14
2
13