功率放大器
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(8-33)
§8.4 集成功率放大器
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。
(8-6)
问题讨论:
射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗 不合适，因 为效率太低 。 ib
估算射极输出器的效率 ： ic (设RL=RE) U
SC
RE
USC Rb
Q
USC
ui uo RE
uce
uo
uo
t
(8-7)
为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真)，静 态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部）。
Ic
ICM PCM
UCEM
uce
(8-5)
(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止 波形失真。
(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路 的效率（）。
Po max 100 % PE
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。
ic1
iL RL T2
uo
ui 0V
ic2
-USC
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
(8-13)
乙类放大的输入输出波形关系: ui t 死区电压 u´ o ´ t u"o ui T2 iL RL uo T1
+USC
t
uo t 交越失真
-USC
交越失真：输入信号 ui在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。
(8-3)
例2：温度控制 R1 R1-R3:标准电阻 Ua : 基准电压 Rt :热敏电阻 R3 b
Usc 功 放
加 热 元 件
a
+ + - A uo1
uo
A：电压放大器
R2
Rt
温控室
温度调节 过程
T T
Rt
Ub
UO1
UO
(8-4)
分析功放电路应注意的问题
(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大， 必须注意电路参数不能超过晶体管的极 限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。
无输出变压器形式 （ OTL电路）
无输出电容形式 （ OCL电路）
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
(8-11)
8.2.1 无输出电容的互补对称功放电路
一、工作原理（设ui为正弦波）
电路的结构特点：Hale Waihona Puke Baidu
+USC
T1
1. 由NPN型、PNP型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成。
ui
U SC 2
t
ULmax t
uL
PL max 78 .5% PE 4
(8-29)
实用OTL互补输出功放电路
+USC
调节R,使静态 UAQ=0.5USC R D1 D2 b2 ui A b1 T1 B
Re1 、 Re2：电阻值1~2， 射极负反馈电阻，也起 限流保护作用。
Re1
电源提供的直流平均功率计算：
每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:
I av1
1 2
I av 2
U SC U SC 0 RL sin td (t ) RL U SC U SC ic1 I av1 RL RL
t
USC1 =USC2 =USC
两个电源提供的总功率为：
2 U SC 2U SC 2U SC RL RL
Re2 T2
C RL
T3 D1 、 D2使b1和b2之间的 电位差等于2个二极管正 向压降，克服交越失真。(8-30)
§8.3 实际功放电路
这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其 中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反 馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。
U SC U SC U Lm max 、I Lm max 2 2 RL 2 U Lm max I Lm max U SC PL max 8 RL 2 2 1 U SC I av 0 2 RL sin td (t ) 2 2 U SC PE U SC I av 2RL
T8 T10
Rb1
Rb2
C1
差动放大级
T3 Re3
负载
-24V
(8-32)
输出功率的估算： 输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8 则最大输出功率为：
Pmax
19 .7 1 8 24 .3W 2
2
实际输出功率约为 20W。
注：该实用功放电路的详细分析计算请参考 《模拟电子技术基础》（童诗白主编）。
2. 输出加有大电容。
二、静态分析
U SC 令：ui 2
0.5USC
ui
UC A + C RL T2 UL
则 T1、T2 特性对称，
U SC U SC UA , UC 2 2
(8-27)
三、动态分析
设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。
U SC ui 2
时，T1导通、T2截止；
+USC
ULmax
若忽略晶体管的饱和 压降，则负载（RL)上的电 压和电流的最大幅值分别 ui 为： U U
Lm max SC
iL
RL T2
2 SC
UL
I Lm max
U SC
负载上得到的最大功率为：
RL
Po max
U SC U SC 1 U 2 2 RL 2 RL
-USC
(8-16)
(8-31)
实用的OCL准互补功放电路：
反馈级 R1
T2 Rf 共射放大级 Re4 T4 C2 UBE 倍增 电路 C3 偏置电路 D1 D2 T5 恒流源 负载 Re5 C4 RC8 Re10 准互补功放级 T7 T9 Re7 Re9 保险管 BX C5 R4 RL +24V
Rc1
ui
T1
R2
T6 R3
iC I CQ ic
1 T PE U SC iC dt T 0
I CQ I cm sin(t )
2 U SC T 1 T U SC PE U SC iC dt 0 iC dt U SC I CQ 2RL T 0 T 2. 最大负载功率 2 2 U om max 0.5U SC 2 2 U SC 2 PO max RL 8RL RL 3. 最大效率
4
78 .5%
(8-18)
三、电路的改进
1. 克服交越失真 交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，ui <uT时晶体管截止。 iB
iB
uBE ui t UT
t
(8-19)
克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。 静态时: T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2的正向 导通压降，致使两管均处于 微弱导通状态；
第2级
+UCC
RC3 RE3 T7 RE4 T8 RE5 T10
RL
RC
T1 T2 E
RC T5 T6
RE2
T9 RC4 T11 -UEE
(8-26)
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
第4级：互补对称射极跟随器
8.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路
一、特点
1. 单电源供电； +USC T1
max
PO max
PE
25%
(RL=RE时)
(8-9)
放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。
如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。
缺点：但又会引起截止失真。
既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用
推挽输出电路，或互补对称射极输 出器。
(8-10)
§8.2 互补对称功率放大电路
互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 类型： 互补对称功放的类型
2. 双电源供电。
ui
iL
RL T2 -USC
uo
3. 输入输出端不加隔直电 容。
(8-12)
静态分析：
ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V
因此，不需要隔直电容。 动态分析： ui > 0V T1导通，T2截止 ui iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
+USC T1
+USC
R1 D1 T1 UL
动态时：设 ui 加入正弦信号。 正半周 T2 截止，T1 基极电 ui D2 位进一步提高，进入良好的 导通状态；负半周T1截止， R2 T2 基极电位进一步提高，进 入良好的导通状态。
iL
T2 RL
-USC
(8-20)
两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为 “甲乙类放大” 。
T1 ui
0.5USC
+USC ic1
U SC 时， ui 2
交越失真
RL UL
T1截止、 T2导通。 ui
t A
+ C
若输出电容足够大， UC基本 保持在0.5USC ，负载上得到的 交流信号正负半周对称，但存 在交越失真。
T2
ic2
(8-28)
四、输出功率及效率
若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：
电子技术 模拟电路部分
第八章
功率放大器
(8-1)
第八章 功率放大器
§8.1 §8.2 §8.3 §8.4 §8.5 概述 互补对称功率放大电路 实际功放电路 集成功率放大器 变压器耦合式功放电路
(8-2)
§8.1 概述
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。 例1： 扩音系统 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
e
ic1 1ib , ib 2 ie1 (1 1 )ib , ic 2 2ib 2 , ic ic1 ic 2 1 2 (1 1 )ib
(8-23)
方式二： ib
e ib T2
e
b
T1
b
c ic
c
ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
甲乙类放大的波形关系： 特点：存在较小的静态 电流 ICQ 、IBQ 。 每管导通时间大 于半个周期，基 本不失真。 t iC USC /RE
iB
iB IBQ uBE uB1
iC
t
ib IBQ Q USC uce
(8-21)
UT ICQ
2. UBE电压倍增电路 为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，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。
Ic 交流负 载线 直流负 载线 Q 静态工作点： UCEQ = 0.5USC
U SC RE
I CQ
0.5U SC 0.5U SC
RE
uCE
USC
uo的取 值范围
RL 若忽略晶体管的饱和 压降和截止区，输出 信号uo的峰值最大只 能为： U om max 0.5U SC
(8-8)
1. 直流电源输出的功率
(8-24)
改进后的OCL准互补输出功放电路：
T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补
输出级中的T4、T6均为NPN 型晶体管，两者特性容易对称。
ui
+USC T1
T3
R1 T2 T4
R2
T5
T6
RL
-USC
(8-25)
集成运放内部的功率放大器
图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则
+
I R1 I B B E B2
(8-22)
U U BE
R1 R2 R2
B1 U
合理选择R1、R2大小，B1、 R2 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。
3. 电路中增加复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： c 方式一： ic c ic ib b ib T1 b e T2
PE PE1 PE 2
(8-17)
Po max
2 U SC U SC 1 U SC 2 2 RL 2 RL
PE PE1 PE 2
效率为：
U SC 2U 2U SC RL RL
2 SC
2 SC
Po max PE
U 2 RL
2U RL
2 SC
(8-14)
乙类放大的特点： (1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 +USC
T1
ui T2
iL RL -USC
uo
(8-15)
二、最大输出功率及效率的计算
假设 ui 为正弦波且幅度足够大， T1、T2导通时均能饱和，此时输出 达到最大值。 T1
§8.4 集成功率放大器
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。
(8-6)
问题讨论:
射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗 不合适，因 为效率太低 。 ib
估算射极输出器的效率 ： ic (设RL=RE) U
SC
RE
USC Rb
Q
USC
ui uo RE
uce
uo
uo
t
(8-7)
为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真)，静 态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部）。
Ic
ICM PCM
UCEM
uce
(8-5)
(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止 波形失真。
(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路 的效率（）。
Po max 100 % PE
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。
ic1
iL RL T2
uo
ui 0V
ic2
-USC
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
(8-13)
乙类放大的输入输出波形关系: ui t 死区电压 u´ o ´ t u"o ui T2 iL RL uo T1
+USC
t
uo t 交越失真
-USC
交越失真：输入信号 ui在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。
(8-3)
例2：温度控制 R1 R1-R3:标准电阻 Ua : 基准电压 Rt :热敏电阻 R3 b
Usc 功 放
加 热 元 件
a
+ + - A uo1
uo
A：电压放大器
R2
Rt
温控室
温度调节 过程
T T
Rt
Ub
UO1
UO
(8-4)
分析功放电路应注意的问题
(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大， 必须注意电路参数不能超过晶体管的极 限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。
无输出变压器形式 （ OTL电路）
无输出电容形式 （ OCL电路）
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
(8-11)
8.2.1 无输出电容的互补对称功放电路
一、工作原理（设ui为正弦波）
电路的结构特点：Hale Waihona Puke Baidu
+USC
T1
1. 由NPN型、PNP型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成。
ui
U SC 2
t
ULmax t
uL
PL max 78 .5% PE 4
(8-29)
实用OTL互补输出功放电路
+USC
调节R,使静态 UAQ=0.5USC R D1 D2 b2 ui A b1 T1 B
Re1 、 Re2：电阻值1~2， 射极负反馈电阻，也起 限流保护作用。
Re1
电源提供的直流平均功率计算：
每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:
I av1
1 2
I av 2
U SC U SC 0 RL sin td (t ) RL U SC U SC ic1 I av1 RL RL
t
USC1 =USC2 =USC
两个电源提供的总功率为：
2 U SC 2U SC 2U SC RL RL
Re2 T2
C RL
T3 D1 、 D2使b1和b2之间的 电位差等于2个二极管正 向压降，克服交越失真。(8-30)
§8.3 实际功放电路
这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其 中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反 馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。
U SC U SC U Lm max 、I Lm max 2 2 RL 2 U Lm max I Lm max U SC PL max 8 RL 2 2 1 U SC I av 0 2 RL sin td (t ) 2 2 U SC PE U SC I av 2RL
T8 T10
Rb1
Rb2
C1
差动放大级
T3 Re3
负载
-24V
(8-32)
输出功率的估算： 输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8 则最大输出功率为：
Pmax
19 .7 1 8 24 .3W 2
2
实际输出功率约为 20W。
注：该实用功放电路的详细分析计算请参考 《模拟电子技术基础》（童诗白主编）。
2. 输出加有大电容。
二、静态分析
U SC 令：ui 2
0.5USC
ui
UC A + C RL T2 UL
则 T1、T2 特性对称，
U SC U SC UA , UC 2 2
(8-27)
三、动态分析
设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。
U SC ui 2
时，T1导通、T2截止；
+USC
ULmax
若忽略晶体管的饱和 压降，则负载（RL)上的电 压和电流的最大幅值分别 ui 为： U U
Lm max SC
iL
RL T2
2 SC
UL
I Lm max
U SC
负载上得到的最大功率为：
RL
Po max
U SC U SC 1 U 2 2 RL 2 RL
-USC
(8-16)
(8-31)
实用的OCL准互补功放电路：
反馈级 R1
T2 Rf 共射放大级 Re4 T4 C2 UBE 倍增 电路 C3 偏置电路 D1 D2 T5 恒流源 负载 Re5 C4 RC8 Re10 准互补功放级 T7 T9 Re7 Re9 保险管 BX C5 R4 RL +24V
Rc1
ui
T1
R2
T6 R3
iC I CQ ic
1 T PE U SC iC dt T 0
I CQ I cm sin(t )
2 U SC T 1 T U SC PE U SC iC dt 0 iC dt U SC I CQ 2RL T 0 T 2. 最大负载功率 2 2 U om max 0.5U SC 2 2 U SC 2 PO max RL 8RL RL 3. 最大效率
4
78 .5%
(8-18)
三、电路的改进
1. 克服交越失真 交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，ui <uT时晶体管截止。 iB
iB
uBE ui t UT
t
(8-19)
克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。 静态时: T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2的正向 导通压降，致使两管均处于 微弱导通状态；
第2级
+UCC
RC3 RE3 T7 RE4 T8 RE5 T10
RL
RC
T1 T2 E
RC T5 T6
RE2
T9 RC4 T11 -UEE
(8-26)
第1级：差动放大器 第3级：单管放大器
差动放大器
第4级：互补对称射极跟随器
8.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路
一、特点
1. 单电源供电； +USC T1
max
PO max
PE
25%
(RL=RE时)
(8-9)
放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。
如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。
缺点：但又会引起截止失真。
既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用
推挽输出电路，或互补对称射极输 出器。
(8-10)
§8.2 互补对称功率放大电路
互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 类型： 互补对称功放的类型
2. 双电源供电。
ui
iL
RL T2 -USC
uo
3. 输入输出端不加隔直电 容。
(8-12)
静态分析：
ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V
因此，不需要隔直电容。 动态分析： ui > 0V T1导通，T2截止 ui iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=ic2
+USC T1
+USC
R1 D1 T1 UL
动态时：设 ui 加入正弦信号。 正半周 T2 截止，T1 基极电 ui D2 位进一步提高，进入良好的 导通状态；负半周T1截止， R2 T2 基极电位进一步提高，进 入良好的导通状态。
iL
T2 RL
-USC
(8-20)
两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为 “甲乙类放大” 。
T1 ui
0.5USC
+USC ic1
U SC 时， ui 2
交越失真
RL UL
T1截止、 T2导通。 ui
t A
+ C
若输出电容足够大， UC基本 保持在0.5USC ，负载上得到的 交流信号正负半周对称，但存 在交越失真。
T2
ic2
(8-28)
四、输出功率及效率
若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：
电子技术 模拟电路部分
第八章
功率放大器
(8-1)
第八章 功率放大器
§8.1 §8.2 §8.3 §8.4 §8.5 概述 互补对称功率放大电路 实际功放电路 集成功率放大器 变压器耦合式功放电路
(8-2)
§8.1 概述
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。 例1： 扩音系统 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
e
ic1 1ib , ib 2 ie1 (1 1 )ib , ic 2 2ib 2 , ic ic1 ic 2 1 2 (1 1 )ib
(8-23)
方式二： ib
e ib T2
e
b
T1
b
c ic
c
ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
甲乙类放大的波形关系： 特点：存在较小的静态 电流 ICQ 、IBQ 。 每管导通时间大 于半个周期，基 本不失真。 t iC USC /RE
iB
iB IBQ uBE uB1
iC
t
ib IBQ Q USC uce
(8-21)
UT ICQ
2. UBE电压倍增电路 为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，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。
Ic 交流负 载线 直流负 载线 Q 静态工作点： UCEQ = 0.5USC
U SC RE
I CQ
0.5U SC 0.5U SC
RE
uCE
USC
uo的取 值范围
RL 若忽略晶体管的饱和 压降和截止区，输出 信号uo的峰值最大只 能为： U om max 0.5U SC
(8-8)
1. 直流电源输出的功率
(8-24)
改进后的OCL准互补输出功放电路：
T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补
输出级中的T4、T6均为NPN 型晶体管，两者特性容易对称。
ui
+USC T1
T3
R1 T2 T4
R2
T5
T6
RL
-USC
(8-25)
集成运放内部的功率放大器
图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则
+
I R1 I B B E B2
(8-22)
U U BE
R1 R2 R2
B1 U
合理选择R1、R2大小，B1、 R2 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。
3. 电路中增加复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： c 方式一： ic c ic ib b ib T1 b e T2
PE PE1 PE 2
(8-17)
Po max
2 U SC U SC 1 U SC 2 2 RL 2 RL
PE PE1 PE 2
效率为：
U SC 2U 2U SC RL RL
2 SC
2 SC
Po max PE
U 2 RL
2U RL
2 SC
(8-14)
乙类放大的特点： (1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 +USC
T1
ui T2
iL RL -USC
uo
(8-15)
二、最大输出功率及效率的计算
假设 ui 为正弦波且幅度足够大， T1、T2导通时均能饱和，此时输出 达到最大值。 T1