互补对称功率放大电路原理

互补对称功率放大电路原理

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3.4 互补对称功率放大电路

教学要求

掌握甲类、乙类和甲乙类三类功率放大电路的工作原理;

理解交越失真形成机理；

了解复合管结构及其特性。

一、概述

对功率放大电路的基本要求

1.不失真情况下输出尽可能大的功率：I与U都大，管子工作在尽限状态。

2.提高效率： = P

omax / P

DC

要高

3.集电极最大功耗: P

0＝P

v

－P

C

（管耗），另一部分消耗在管子上,功放管尽限应用，选管要

保

证安全。

二、放大电路的工作状态

放大电路按三极管在一个信号周期内导通时间的不同，可分为甲类、乙类以及甲乙类放大。在整个输

入信号周期内，管子都有电流流通的，称为甲类放大，如下表所示，此时三极管的静态工作点电流I CQ比较大；在一个周期内，管子只有半周期有电流流通的，称乙类放大；若一周期内有半个多周期有电流流通，则称为甲乙类放大。

状态一个信号周期

内导通时间

工作特点图示

甲类整个周期内导

通

失真小，静态电流大，管耗大，效率

低。

乙类半个周期内导

通

失真大，静态电流为零，管耗小，效

率高。

甲乙类半个多周期内

导通

失真大，静态电流小，管耗小，效

率较高。

三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)

（一）电路组成及工作原理

采用正、负电源构成的乙类互补对称功率放大电路如下动画所示，V1和V2分别为NPN型管和PNP型管，

两管的基极和发射极分别连接在一起，信号从基极输入，从发射极输出，R L为负载。要求两管特性相同，且V CC=V EE。

特点：去掉C，双电源，T1与T2交替工作，正负电源交替供电，输入与输出之间双向跟随。

原理：静态即u

i = 0 时，V

1

、V

2

均零偏置，两管的I BQ、I CQ均为零，u o=0，电路不消耗功率。

u i > 0时，V

1

正偏导通

，

V

2

反偏截止，i o= i E1= i C1, u O= i C1R L；

u

i

< 0 时，V1反偏截止，V2正偏导通，i o= i E2= i C2, u O= i C2R L；

问题：两管交替导电时刻，输入电压小于死区电压时，三极管截止，在输入信号的一个周期内，V1、

V2轮流导通时，基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真，称为交越失真。且输入信号幅度越小失真越明显。

产生交越失真的原因：静态时，U

B E Q =0,u

i

尚小时，电流增长缓慢。

（二）功率和效率

1.输出功率：输出电流和输出电压有效值的乘积，就是功率放大电路的输出功率。

最大输出功率

2.电源功率：两个管子轮流工作半个周期，每个电源只提供半周期的电流。

最大输出功率时P

DC = 2V2

CC

/ R

L

3.效率：效率是负载获得的信号功率P o与直流电源供给功率P DC之比。实用中，放大电路很难达到最

大效率，由于饱和压降及元件损耗等因素，乙类推挽放大电路的效率仅能达到60%左右。

4.管耗

直流电源提供的功率除了负载获得的功率外便为V

1、V

2

管消耗的功率，即管耗。V

1

、V

2两管消耗的

功

最大管耗不应超过晶体管的最大允许管耗，即P

Ｃ1m

=02P om＜P CM。

5.功率管的选择

该功放晶体管实际承受的最大管耗P

Ｃ1m 为P

Ｃ1m

=V2CC/π2R L=7.3 W因此，为了保证功率管不损坏，则

要

求功率管的集电极最大允许损耗功率P CM为P CM＞P

Ｃ1m

=7.3 W。

由于乙类互补对称功率放大电路中一只晶体管导通时，另一只晶体管截止，当输出电压u o达到最大不

失真输出幅度时，截止管所承受的反向电压为最大，且近似等于2V CC。为了保证功率管不致被反向电压所击穿，因此要求三极管的U(BR)CEO＞2V CC=2×24 V=48 V。

放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值I cmm，为使放大电路失真不致太大，则要

求功率管最大允许集电极电流I CM满足I CM＞I cmm=V CC R L=3A。

例题分析

（点击查看）

四、甲乙类互补对称功率放大电路

（一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路

克服交越失真的思想：管子工作在甲乙类,处于微导通状态。两管合成后，相互补偿，消除失真。电

路如下图（a）所示，利用二极管进行偏置，直流电源给V

1、V

2

提供静态电压

。

工作原理：

当u

i = 0 时，V

1

、V

2

微导通。

当u

i < 0 (从小到大变化时)，V

1

微导通→充分导通→微导通；V

2

微导通→截止→微导通

当u

i > 0 (从大到小变化时)，V

2

微导通→充分导通→微导通；V

1

微导通→截止→微

导通

实际电路如上图（b）和（c）所示。

（二）复合管互补对称功率放大电路

1.复合管（达林顿管）

目的：实现异型管子参数的配对。

复合管：由两只或两只以上的三极管按照一定的连接方式，组成一只等效的三极管。

复合管的特点：类型与组成复合管的第一只三极管相同；其它特性由最后的输出三极管决定。