模電課件功率放大電路第1頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本章基本教學(xué)要求熟練掌握功率放大電路的工作原理、最大輸出功率和效率的估算。正確理解非線性失真。一般了解集成功率放大電路及其應(yīng)用。第2頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本章重點(diǎn)內(nèi)容

功率放大電路的特點(diǎn)和互補(bǔ)推挽功率放大電路的工作原理以及輸出功率的計(jì)算。第3頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.1功率放大電路的一般問(wèn)題

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。必須使：

輸出信號(hào)電壓大；

輸出信號(hào)電流大；

放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。第4頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象1.要求輸出功率盡可能大；2.要求效率要高；3.非線性失真要小；4.分析方法用圖解法；5.要考慮散熱措施及過(guò)流過(guò)壓保護(hù)措施。第5頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、為了獲得大的輸出功率，可以1、提高電源電壓2、選擇大功率管3、改善散熱條件

第6頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、功率放大電路提高效率的主要途徑選擇恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞剑?.甲類放大輸入信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過(guò)放大器件，ic≧0，輸出不失真，最大效率50%，沒(méi)有信號(hào)時(shí)，功率全部消耗在管子上。如電壓放大器。圖7.1甲類放大，在一個(gè)周期內(nèi)iC

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0第7頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.甲乙類放大輸入信號(hào)在大半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)放大器件，輸出出現(xiàn)失真，效率增大，由于靜態(tài)工作點(diǎn)低，所以在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，管子消耗的功率不大。圖7.2乙類放大，在大半個(gè)周期內(nèi)iC

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0第8頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3.乙類放大輸入信號(hào)僅在半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)放大器件，輸出的半個(gè)波形沒(méi)有了，失真達(dá)到最大，但效率達(dá)到最高。由于靜態(tài)時(shí)集電極電流為零，所以在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)三極管不消耗功率。圖7.3乙類放大，在半個(gè)周期內(nèi)iC

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0第9頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.電路組成

乙類互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。它由一對(duì)NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成的射極輸出器。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。乙類互補(bǔ)功率放大電路第10頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.工作原理當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開(kāi)啟電壓，此時(shí)NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開(kāi)啟電壓，此時(shí)PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載RL，按圖中方向由上到下。于是兩個(gè)三極管一個(gè)正半周，一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個(gè)完整的不失真波形。動(dòng)畫(huà)7-1第11頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

嚴(yán)格說(shuō)，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開(kāi)啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過(guò)零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真，這個(gè)失真稱為交越失真。如圖所示。交越失真第12頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。此時(shí)的互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。

(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置甲乙類互補(bǔ)功率放大電路動(dòng)畫(huà)7-2第13頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路VBE4可認(rèn)為是定值

R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。第14頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

3.參數(shù)計(jì)算

1)最大不失真輸出功率Pomax

設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類工作狀態(tài)，輸入為正弦波。忽略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為：第15頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

直流電源提供的功率為半個(gè)正弦波的平均功率，信號(hào)越大，電流越大，電源功率也越大。2)電源功率PV即PV∝Vom。當(dāng)Vom趨近VCC時(shí):第16頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3)三極管的管耗PT

電源輸入的直流功率，有一部分通過(guò)三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然：將PT畫(huà)成曲線，如圖所示。乙類互補(bǔ)功放電路的管耗第17頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

顯然，管耗與輸出幅度有關(guān)，圖5.7中畫(huà)陰影線的部分即代表管耗，PT與Vom成非線性關(guān)系，有一個(gè)最大值?？捎肞T對(duì)Vom求導(dǎo)的辦法找出這個(gè)最大值。PTmax發(fā)生在Vom=0.64VCC處，將Vom=0.64VCC代入PT表達(dá)式，可得PTmax為：對(duì)一只三極管乙類互補(bǔ)功放電路的管耗第18頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4)效率η

當(dāng)Vom=VCC

時(shí)效率最大:η=π/4=78.5％。第19頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.大功率三極管的選用原則在最大輸出功率下，三極管的參數(shù)必須滿足以下條件:1）每只三極管的最大允許管耗PCM≥0.2Pom;2)T2飽和時(shí)，VCE2≈0，此時(shí)VCE1具有最大值，且等于2VCC。因此，應(yīng)選用|V（BR）CEO|>2VCC的管子；

3）通過(guò)三極管的最大集電極電流為VCC/RL，所選用的三極管似的ICM應(yīng)大于此值。第20頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.3其它類型互補(bǔ)功率放大電路

除了雙電源的標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大電路外，還有一些其它類型的互補(bǔ)功率放大電路：

7.3.1單電源互補(bǔ)功率放大電路

7.3.2采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路

7.3.3集成功率放大器

7.3.4BTL互補(bǔ)功率放大電路第21頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.3.1單電源互補(bǔ)功率放大電路

當(dāng)電路對(duì)稱時(shí)，輸出端的靜態(tài)電位等于VCC/2。為了使負(fù)載上僅獲得交流信號(hào)，用一個(gè)電容串聯(lián)在負(fù)載與輸出端之間。這種功率放大電路也稱為OTL互補(bǔ)功率放大電路。電容器的容量由放大電路的下限頻率確定。LLπ21fRC3單電源OTL

互補(bǔ)功率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。動(dòng)畫(huà)7-3第22頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一采用單電源的互補(bǔ)對(duì)稱電路采用單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路動(dòng)畫(huà)7-3計(jì)算各參數(shù)時(shí),電源用Vcc/2代替第23頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

7.3.2采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路當(dāng)輸出功率較大時(shí)，往往采用復(fù)合管，復(fù)合管有四種形式

復(fù)合管的極性由前面的一個(gè)三極管決定。由NPN-NPN或PNP-PNP復(fù)合而成的一般稱為達(dá)林頓管。四種類型的復(fù)合管

第24頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一采用復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路采用復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第25頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一采用復(fù)合管組成的單電源準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路第26頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由集成運(yùn)放作前置級(jí)的準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路第27頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第28頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.3.3集成功率放大器

集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面。集成功放是在集成運(yùn)算放大器的電壓互補(bǔ)輸出級(jí)后，加入互補(bǔ)功率輸出級(jí)而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率放大器實(shí)際上也就是一個(gè)具有直接耦合特點(diǎn)的運(yùn)算放大器。它的使用方法原則上與集成運(yùn)算放大器相同。第29頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一5G37集成功率放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第30頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

集成功放使用時(shí)不能超過(guò)規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。集成功放要加有足夠大的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超過(guò)允許值。集成功放一般允許加上較高的工作電壓，但許多集成功放可以在低電壓下工作，適用于無(wú)交流供電的場(chǎng)合，此時(shí)集成功放電源電流較大，非線性失真也較大。第31頁(yè)，共32頁(yè)，2023年，2月20日，星期一7.3