功率变换电路12.
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OTL功放电路与OCL功放电路的工作原理类似，都由NPN 和PNP管构成，但增加了一只大容量(几百～几千微法)的电 解电容器。
静态(vi＝0)时，T1、T2管均截止， vo＝VCC/2 ，所以电容C 上充有 VCC/2的电压，VOQ＝0 正半周(vi＞0)时，T1导通，T2截 止，+VCC→T1 →C →RL→GND。 电容充电。
OTL功率放大器由于静态 时vo' VCC / 2 , 所以要求输 入端(T1、T2基极)上的静 态电压也为 VCC / 2 ，即
vI (VCC / 2) vi
而OCL电路的输入端上不 需要静态电压。
OTL
OCL
大容量(几 百～几千 微法)的电 解电容器
➢ 单电源互补功放电路(OTL)的工作原理
第7章 功率变换电路
1、从功率变换的角度讨论放大电路如何有效地将 直流供电电源的能量转换为负载所需要的信号 功率。
2、如何将交流电网的能量转换为电子电路所要求 的直流电能。
主要讨论：
➢ 低频功率放大电路 ➢ 直流稳压电路
2.7.1 功率放大电路的特点和基本类型
一、 主要特点
➢ 由于输出电压或输出电流的幅度较大，功率放大 电路必须工作在大信号条件下，因而容易产生非 线性失真。如何尽量减小输出信号的失真是首先 要考虑的问题。
➢ 输出信号功率的能量来源于直流电源，应该考虑 转换的效率。
➢ 半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考 虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题， 并要有适当的保护措施。
甲类单管功放级
Rb
Cb
+
vi
-
+VCC RL
VCC/RL VCC
为了取得最大的动态范围，必须使静态工作点Q位于负载线的中
点，静态管压降 VCEQ VCC / 2 ，静态电流ICQ V CC/(2RL ) 。 在正弦输入信号vi的驱动下，晶体管的电压和电流将在静态值的 基础上分别叠加交流成分：
22 Vom 2
2RL
➢ 输出效率η
输出效率是输出功率与电源提供的平均功率之比。
电源提供平均功率：
PE
2
1 2
0VCC
io
d
(t
)
VCC
Vom
sin
t d
(t)
0 RL
2VCCVom RL
输出效率: Po Vom
PE 4 VCC
Po Vo I o Vom I om 22
1 2
I
R 2
cm L
VCC I CQ
当晶体管处于最大不失真输出时，如不考虑其饱和压降VCES，则 极限情况下
Vcem VCC / 2 I cm V CC/(2RL )
该类电路的理想效率为 VC2C /(8RL ) 25%
VC2C /(2RL )
可见这类放大器的功率转换效率很低（若采用变压器耦合单管 功放级，则理想效率可达50%），原因是电源VCC所提供的总 功率中，大部分消耗在晶体管的管耗和负载电阻的直流功耗上 了。这类单管放大器由于不允许在一个周期内出现截止失真， 所以必须取 ICQ Icm ，这显然是造成较大管耗和负载直流功耗 的根源。
负半周(vi＜0)时，电容C上的电 压VCC/2作为电源，T1截止，T2导 通，电容放电， RL→ C → T2→GND 。负载上流过负半周 信号电流。
2. 变压器耦合推挽式
正半周(vi＞0)时，
v21为正，T１导通，
v22为负，T２截止ห้องสมุดไป่ตู้输出正半周。
+ __
+
负半周(vi＜0)时，
v21为负，T1截止，
v22为正，T2导通， 输出负半周。
Tr1、Tr2为输入和输出变压器；
T1、T2为同极型对称推挽管；
Rb1、Rb2提供静态偏置，克服交越 失真。
+ __ +
变压器耦合的突出优点是，通过改变变压器的变比， 能找到一个最佳的等效负载(此时输出功率最大，且 不失真)。并且，在不提高电源电压的条件下，可以 使输出电压幅度Vom超过电源电压。
2.7.2 功率放大电路的分析计算 一、 功率放大电路的主要技术指标
以双电源互补对称式（OCL）功率放大电路为例。
➢ 输出功率Po
设输入： vi Vim sin t 则输出： vo Vom sin t
io (Vom / RL ) sin t
输出功率：Po Vo I o Vom I om
静态(vi＝0)时，T1、T2 管均截止，VOQ＝0
正半周(vi＞0)时，T1管 导通，T2管截止， +VCC→T1→RL→GND
负半周(vi＜0)时，T1 管截止，T2管导通， GND→RL→T2→-VCC
2。单电源供电的互补对称 功放电路，又称OTL电路
(Output Transformerless)
Vom 2 2RL
➢
当输入信号幅度达到理想的最大值Vom VCC 时，输 出功率达到最大，此时输出效率也最大。
为了提高功率输出级的效率，人们设想能否使晶体管的静态 电流 ICQ 0 ？若这样，波形中将出现半个周期的截止区。 但如果再用另一个同样的电路，使之与前一个电路交替工作 (即前一电路中晶体管截止时，后一电路晶体管工作），则 负载上仍可得到完整的正弦波。我们把在一个周期内，要求 完整导通的放大器称为甲类放大器，而对仅导通半个周期的 放大器（ ）称I为CQ 乙 0类放大器。根据静态工作点的不同 设置，功率放大器可以工作在乙类θ=180 °，甲类θ=360° 和甲乙类θ=180°～360°（θ为导通角）。
vCE VCEQ Vcem sin t
iC
I CQ
I cm sin t
因为集电极交流电流也为正弦波，电源输出的平均电流为ICQ， 因而电源提供的功率不变
PE VCC I CQ
负载上得到的输出信号功率为
PO
1 2
I
2 cm
RL
由此可得该功率输出级的效率为
输出信号功率 PO 电源提供的功率 PE
➢ 功率放大器的 工作点设置
乙类θ=180° 甲类θ=360° 甲乙类θ=180°～360°
乙类放大
甲类放大
甲乙类放大 ICQ略大于0
二、 基本类型
乙类功率放大器主要有互补对称式和变压器耦合推 挽式两种类型 。
1。双电源供电的互补对称功放电路，又称OCL电 路(Output Capacitorless)
静态(vi＝0)时，T1、T2管均截止， vo＝VCC/2 ，所以电容C 上充有 VCC/2的电压，VOQ＝0 正半周(vi＞0)时，T1导通，T2截 止，+VCC→T1 →C →RL→GND。 电容充电。
OTL功率放大器由于静态 时vo' VCC / 2 , 所以要求输 入端(T1、T2基极)上的静 态电压也为 VCC / 2 ，即
vI (VCC / 2) vi
而OCL电路的输入端上不 需要静态电压。
OTL
OCL
大容量(几 百～几千 微法)的电 解电容器
➢ 单电源互补功放电路(OTL)的工作原理
第7章 功率变换电路
1、从功率变换的角度讨论放大电路如何有效地将 直流供电电源的能量转换为负载所需要的信号 功率。
2、如何将交流电网的能量转换为电子电路所要求 的直流电能。
主要讨论：
➢ 低频功率放大电路 ➢ 直流稳压电路
2.7.1 功率放大电路的特点和基本类型
一、 主要特点
➢ 由于输出电压或输出电流的幅度较大，功率放大 电路必须工作在大信号条件下，因而容易产生非 线性失真。如何尽量减小输出信号的失真是首先 要考虑的问题。
➢ 输出信号功率的能量来源于直流电源，应该考虑 转换的效率。
➢ 半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考 虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题， 并要有适当的保护措施。
甲类单管功放级
Rb
Cb
+
vi
-
+VCC RL
VCC/RL VCC
为了取得最大的动态范围，必须使静态工作点Q位于负载线的中
点，静态管压降 VCEQ VCC / 2 ，静态电流ICQ V CC/(2RL ) 。 在正弦输入信号vi的驱动下，晶体管的电压和电流将在静态值的 基础上分别叠加交流成分：
22 Vom 2
2RL
➢ 输出效率η
输出效率是输出功率与电源提供的平均功率之比。
电源提供平均功率：
PE
2
1 2
0VCC
io
d
(t
)
VCC
Vom
sin
t d
(t)
0 RL
2VCCVom RL
输出效率: Po Vom
PE 4 VCC
Po Vo I o Vom I om 22
1 2
I
R 2
cm L
VCC I CQ
当晶体管处于最大不失真输出时，如不考虑其饱和压降VCES，则 极限情况下
Vcem VCC / 2 I cm V CC/(2RL )
该类电路的理想效率为 VC2C /(8RL ) 25%
VC2C /(2RL )
可见这类放大器的功率转换效率很低（若采用变压器耦合单管 功放级，则理想效率可达50%），原因是电源VCC所提供的总 功率中，大部分消耗在晶体管的管耗和负载电阻的直流功耗上 了。这类单管放大器由于不允许在一个周期内出现截止失真， 所以必须取 ICQ Icm ，这显然是造成较大管耗和负载直流功耗 的根源。
负半周(vi＜0)时，电容C上的电 压VCC/2作为电源，T1截止，T2导 通，电容放电， RL→ C → T2→GND 。负载上流过负半周 信号电流。
2. 变压器耦合推挽式
正半周(vi＞0)时，
v21为正，T１导通，
v22为负，T２截止ห้องสมุดไป่ตู้输出正半周。
+ __
+
负半周(vi＜0)时，
v21为负，T1截止，
v22为正，T2导通， 输出负半周。
Tr1、Tr2为输入和输出变压器；
T1、T2为同极型对称推挽管；
Rb1、Rb2提供静态偏置，克服交越 失真。
+ __ +
变压器耦合的突出优点是，通过改变变压器的变比， 能找到一个最佳的等效负载(此时输出功率最大，且 不失真)。并且，在不提高电源电压的条件下，可以 使输出电压幅度Vom超过电源电压。
2.7.2 功率放大电路的分析计算 一、 功率放大电路的主要技术指标
以双电源互补对称式（OCL）功率放大电路为例。
➢ 输出功率Po
设输入： vi Vim sin t 则输出： vo Vom sin t
io (Vom / RL ) sin t
输出功率：Po Vo I o Vom I om
静态(vi＝0)时，T1、T2 管均截止，VOQ＝0
正半周(vi＞0)时，T1管 导通，T2管截止， +VCC→T1→RL→GND
负半周(vi＜0)时，T1 管截止，T2管导通， GND→RL→T2→-VCC
2。单电源供电的互补对称 功放电路，又称OTL电路
(Output Transformerless)
Vom 2 2RL
➢
当输入信号幅度达到理想的最大值Vom VCC 时，输 出功率达到最大，此时输出效率也最大。
为了提高功率输出级的效率，人们设想能否使晶体管的静态 电流 ICQ 0 ？若这样，波形中将出现半个周期的截止区。 但如果再用另一个同样的电路，使之与前一个电路交替工作 (即前一电路中晶体管截止时，后一电路晶体管工作），则 负载上仍可得到完整的正弦波。我们把在一个周期内，要求 完整导通的放大器称为甲类放大器，而对仅导通半个周期的 放大器（ ）称I为CQ 乙 0类放大器。根据静态工作点的不同 设置，功率放大器可以工作在乙类θ=180 °，甲类θ=360° 和甲乙类θ=180°～360°（θ为导通角）。
vCE VCEQ Vcem sin t
iC
I CQ
I cm sin t
因为集电极交流电流也为正弦波，电源输出的平均电流为ICQ， 因而电源提供的功率不变
PE VCC I CQ
负载上得到的输出信号功率为
PO
1 2
I
2 cm
RL
由此可得该功率输出级的效率为
输出信号功率 PO 电源提供的功率 PE
➢ 功率放大器的 工作点设置
乙类θ=180° 甲类θ=360° 甲乙类θ=180°～360°
乙类放大
甲类放大
甲乙类放大 ICQ略大于0
二、 基本类型
乙类功率放大器主要有互补对称式和变压器耦合推 挽式两种类型 。
1。双电源供电的互补对称功放电路，又称OCL电 路(Output Capacitorless)