5.1-5.4概述甲类乙类甲乙类功率放大电路全解
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第五章
5.1 概述
功率放大电路
5.2 单管甲类变压器耦合功率放大电路 5.3 乙类推挽功率放大电路
5.4 甲乙类互补功率放大电路
5.1 概述
在实用电路中，要求放大电路的输出级输出一定的功率， 以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称 为功率放大电路，简称功放。 功放不是单纯要求输出高电压、输出大电流，而是要求 在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。 一、功放的主要技术指标和分析方法 1.主要技术指标 (1)最大输出功率Pom:在输入信号为正弦波，且输出基 本不失真情况下，负载上能够获得的最大交流功率。
1. 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 i B
0
u BE
U om
VCC U CES 2
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载 上可获得正弦波。
2. 无输出变压器的功率放大电路(OTL电路)
因变压器耦合功放笨重,自身损耗大,故用一个大电容取代变压器。 输入电压的正半周： ＋VCC→T1→C→RL→地, uo≈ ui ＋ (C 充电)。 输入电压的负半周： C 的 “＋”→T2→地→RL→ C “ －”, uo≈ ui ( C 放电)。 VCC (VCC 2) U CES 静态时， uI U B U E U om 2 2 实现两只管子交替导通，输出与输入双向跟随。 注：C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路； OTL电路低频特性差。
π VCC U CES 4 VCC
（3）功率BJT的极限参数
VCC iC max I CM uCE max 2VCC UCEO(BR) RL
在输出功率最大时，因管压降最小， 故管子损耗不大；输出功率最小时，因 集电极电流最小，故管子损耗也不大。 管子功耗与输出电压峰值的关系为 U OM 1 π PT (VCC U OM sin t ) sin td t 0 2 π RL PT对UOM求导，并令其为0，可得 U OM
工作原理：
u I 正半周主要是 T1管发射极 驱动负载；u I 负半周主要是 T2管发射极驱动负载 T1、T2导通时间 u I 半个周期 T1、T2工作在甲乙类状态。
3. 求解输出功率和效率的方法
在已知RL的情况下，先求出Uom，则 然后求出电源的平均功率，
2 U om Pom RL
5.4 甲乙类互补对称功率放大电路
1. 基本OCL电路存在交越失真
基本OCL电路存在交跃失真，即 ui U th时，T1和T2管均处于截 止状态，负载 RL上无电流通过，输出电 压u0 0,出现一段死区。
信号在零附近两 只管子均截止
2. 消除交越失真的OCL电路:工作原理
利用甲乙类双电源互补对称功率放大电路可以消除交跃 失真。
工作原理：
u I 0 : u I u BE1 iB1 iE1 RL中有正方向电流 iL ; u I u BE 2 减小到一定时 T2 截止。 u I 0 : u I u BE 2 iB 2 iE 2 RL中有反方向电流 iL ; u I u BE1 减小到一定时 T1截止。
非线性不可忽略，所以在分析功放电路时，不能采用仅适 用于小信号的交流等效电路法，而应采用图解法。
二、功放的主要类型
在放大电路中，当输入信号为正弦波时，若BJT在 信号的整个周期内均导通（导通角θ=360o），则称之工 作在甲类状态；若BJT仅在信号的半个周期内导通（导 通角θ=180o），则称之工作在乙类状态；若BJT在信号 的多半个周期内导通（导通角θ= 180o ~360o），则称之 工作在甲乙类状态。 如果电路中的BJT工作在甲类状态，则称该电路为甲 类功率放大电路，简称甲类功放；如果电路中的BJT工 作在乙类状态，则称该电路为乙类功率放大电路，简称 乙类功放；如果电路中的BJT工作在甲乙类状态，则称 该电路为甲乙类功率放大电路，简称甲乙类功放。
2 U om Pom RL
最大不失真输出电压有效值
Pom U 0 I 0
交流有效值
1.主要技术指标
(2)转换效率：功放的最大输出功率Pom与直流电源所提
供的平均功率PV之比。
Pom P V
PV = ICC（AV）•VCC
2.功放的分析方法
因为功放的输出电压和输出电流幅值均很大，功放管的
3. 无输出电容的功率放大电路(OCL电路)
乙类双电源互补对称功率放大电路 静态时，UEQ＝ UBQ＝0。uo= 0
＋
输入电压的正半周： ＋VCC→T1→RL→地 ， uo≈ ui 输入电压的负半周： 地→RL →T2 → －VCC， uo≈ ui
实现两只管子交替导通，两路电源交替供电，输出与 输入双向跟随。
2 VCC 0.6 VCC π
功率BJT的极限参数:
将UOM代入PT的表达式，可得
2 VCC PTmax 2 π RL
2 VCC 2 若U CES 0，则Pom ，PTmax 2 Pom 0.2Pom 2RL π
因此，选择功率BJT时，其极限参数:
VCC I CM iC max RL U CEO(BR) uCE max 2VCC 2 V CC P P 0 . 2 CM T max 2 RL
静态：U B1、 B2 U R2 U D1 U D2 U B1、 B2 U th1 U th 2 T1、T2微导通 有微小基极 电流I B1、I B 2 调节R2 U E 0 u0 0
uI 按正弦规律变化： rd1、rd 2、R2小 uB1 uB 2 uI
U om
2 U om (VCC U CES ) 2 VCC U CES Pom 78.5% RL 2 RL 2 4
4. 几种电路的比较
变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率
低，低频特性差。
OTL电路：单电源供电，低频特性差。
OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。
PV I C(AV) VCC
效率
Pom PV
（1）输出功率
U om VCC U CES (VCC U CES ) 2 Pom 2 RL 2
（2）效率
(VCC U CES ) 2 Pom 2 RL
1 πVCC U CES PV sin t VCC d( t ) π 0 RL 2 VCC (VCC U CES ) π RL
5.2 单管甲类变压器耦合功率放大电路
1. 直流电源提供的功率 PV =ICQVCC 2.最大输出功率
约为图中矩形面积
I CQ VCC 1 Pom I CQVCC 2 2 2
约为图中三角形面积
பைடு நூலகம்
3.转换效率
Pom 50% P V
甲类功放最大效率为50%
5.3 乙类推挽功率放大电路
5.1 概述
功率放大电路
5.2 单管甲类变压器耦合功率放大电路 5.3 乙类推挽功率放大电路
5.4 甲乙类互补功率放大电路
5.1 概述
在实用电路中，要求放大电路的输出级输出一定的功率， 以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称 为功率放大电路，简称功放。 功放不是单纯要求输出高电压、输出大电流，而是要求 在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。 一、功放的主要技术指标和分析方法 1.主要技术指标 (1)最大输出功率Pom:在输入信号为正弦波，且输出基 本不失真情况下，负载上能够获得的最大交流功率。
1. 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 i B
0
u BE
U om
VCC U CES 2
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载 上可获得正弦波。
2. 无输出变压器的功率放大电路(OTL电路)
因变压器耦合功放笨重,自身损耗大,故用一个大电容取代变压器。 输入电压的正半周： ＋VCC→T1→C→RL→地, uo≈ ui ＋ (C 充电)。 输入电压的负半周： C 的 “＋”→T2→地→RL→ C “ －”, uo≈ ui ( C 放电)。 VCC (VCC 2) U CES 静态时， uI U B U E U om 2 2 实现两只管子交替导通，输出与输入双向跟随。 注：C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路； OTL电路低频特性差。
π VCC U CES 4 VCC
（3）功率BJT的极限参数
VCC iC max I CM uCE max 2VCC UCEO(BR) RL
在输出功率最大时，因管压降最小， 故管子损耗不大；输出功率最小时，因 集电极电流最小，故管子损耗也不大。 管子功耗与输出电压峰值的关系为 U OM 1 π PT (VCC U OM sin t ) sin td t 0 2 π RL PT对UOM求导，并令其为0，可得 U OM
工作原理：
u I 正半周主要是 T1管发射极 驱动负载；u I 负半周主要是 T2管发射极驱动负载 T1、T2导通时间 u I 半个周期 T1、T2工作在甲乙类状态。
3. 求解输出功率和效率的方法
在已知RL的情况下，先求出Uom，则 然后求出电源的平均功率，
2 U om Pom RL
5.4 甲乙类互补对称功率放大电路
1. 基本OCL电路存在交越失真
基本OCL电路存在交跃失真，即 ui U th时，T1和T2管均处于截 止状态，负载 RL上无电流通过，输出电 压u0 0,出现一段死区。
信号在零附近两 只管子均截止
2. 消除交越失真的OCL电路:工作原理
利用甲乙类双电源互补对称功率放大电路可以消除交跃 失真。
工作原理：
u I 0 : u I u BE1 iB1 iE1 RL中有正方向电流 iL ; u I u BE 2 减小到一定时 T2 截止。 u I 0 : u I u BE 2 iB 2 iE 2 RL中有反方向电流 iL ; u I u BE1 减小到一定时 T1截止。
非线性不可忽略，所以在分析功放电路时，不能采用仅适 用于小信号的交流等效电路法，而应采用图解法。
二、功放的主要类型
在放大电路中，当输入信号为正弦波时，若BJT在 信号的整个周期内均导通（导通角θ=360o），则称之工 作在甲类状态；若BJT仅在信号的半个周期内导通（导 通角θ=180o），则称之工作在乙类状态；若BJT在信号 的多半个周期内导通（导通角θ= 180o ~360o），则称之 工作在甲乙类状态。 如果电路中的BJT工作在甲类状态，则称该电路为甲 类功率放大电路，简称甲类功放；如果电路中的BJT工 作在乙类状态，则称该电路为乙类功率放大电路，简称 乙类功放；如果电路中的BJT工作在甲乙类状态，则称 该电路为甲乙类功率放大电路，简称甲乙类功放。
2 U om Pom RL
最大不失真输出电压有效值
Pom U 0 I 0
交流有效值
1.主要技术指标
(2)转换效率：功放的最大输出功率Pom与直流电源所提
供的平均功率PV之比。
Pom P V
PV = ICC（AV）•VCC
2.功放的分析方法
因为功放的输出电压和输出电流幅值均很大，功放管的
3. 无输出电容的功率放大电路(OCL电路)
乙类双电源互补对称功率放大电路 静态时，UEQ＝ UBQ＝0。uo= 0
＋
输入电压的正半周： ＋VCC→T1→RL→地 ， uo≈ ui 输入电压的负半周： 地→RL →T2 → －VCC， uo≈ ui
实现两只管子交替导通，两路电源交替供电，输出与 输入双向跟随。
2 VCC 0.6 VCC π
功率BJT的极限参数:
将UOM代入PT的表达式，可得
2 VCC PTmax 2 π RL
2 VCC 2 若U CES 0，则Pom ，PTmax 2 Pom 0.2Pom 2RL π
因此，选择功率BJT时，其极限参数:
VCC I CM iC max RL U CEO(BR) uCE max 2VCC 2 V CC P P 0 . 2 CM T max 2 RL
静态：U B1、 B2 U R2 U D1 U D2 U B1、 B2 U th1 U th 2 T1、T2微导通 有微小基极 电流I B1、I B 2 调节R2 U E 0 u0 0
uI 按正弦规律变化： rd1、rd 2、R2小 uB1 uB 2 uI
U om
2 U om (VCC U CES ) 2 VCC U CES Pom 78.5% RL 2 RL 2 4
4. 几种电路的比较
变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率
低，低频特性差。
OTL电路：单电源供电，低频特性差。
OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。
PV I C(AV) VCC
效率
Pom PV
（1）输出功率
U om VCC U CES (VCC U CES ) 2 Pom 2 RL 2
（2）效率
(VCC U CES ) 2 Pom 2 RL
1 πVCC U CES PV sin t VCC d( t ) π 0 RL 2 VCC (VCC U CES ) π RL
5.2 单管甲类变压器耦合功率放大电路
1. 直流电源提供的功率 PV =ICQVCC 2.最大输出功率
约为图中矩形面积
I CQ VCC 1 Pom I CQVCC 2 2 2
约为图中三角形面积
பைடு நூலகம்
3.转换效率
Pom 50% P V
甲类功放最大效率为50%
5.3 乙类推挽功率放大电路