功率放大電路

5.1功率放大電路的一般問(wèn)題

主要向負(fù)載提供功率的放大電路稱(chēng)為功率放大電路。功率放大電路和電壓放大電路所完成的任務(wù)不同，對(duì)電壓放大電路的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，主要討論的是電壓增益、輸入和輸出電阻等。功率放大電路則主要要求獲得一定的不失真(

或失真較小)的輸出功率，通常是在大信號(hào)

狀態(tài)下工作，因此它主要討論的是輸出功率、管耗、效率等在電壓放大電路中未曾出現(xiàn)的特殊問(wèn)題，既要求：

(1)輸出功率盡可能大；

(2)效率盡可能高；

(3)非線性失真盡可能小；

(4)管耗盡可能小。提高功率放大電路效率的有效途徑，主要是降低靜態(tài)工作點(diǎn)。

根據(jù)偏置條件不同，或者說(shuō)Q點(diǎn)的位置不同，可以用甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)等來(lái)描述放大器的工作狀態(tài)。(見(jiàn)例題)

甲類(lèi)：整個(gè)周期有電流；失真小，但效率低。乙類(lèi)：一半時(shí)間無(wú)電流；效率高但交越失真。甲乙類(lèi)：少半時(shí)間無(wú)電流；效率高，可以消除交越失真。

5.2乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

5.2.1電路組成及原理由兩只性能匹配的功率三極管共有一個(gè)射極負(fù)載的共集電極電路(射極輸出器)組成，如圖所示。其中T1和T2分別為NPN管和PNP管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。靜態(tài)時(shí)兩個(gè)管子均不取電流，有信號(hào)時(shí)兩個(gè)管子輪流導(dǎo)電，各向負(fù)載提供半個(gè)周期的輸出波形，從而形成一種推挽式輸出結(jié)構(gòu)。(c)由PNP管組成的射極輸出器(a)基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(b)由NPN管組成的射極輸出器兩射極輸出器組成的基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路5.2.2性能指標(biāo)分析計(jì)算(見(jiàn)例題)(設(shè)輸出電壓幅值為Vom時(shí))1.輸出功率

最大輸出功率(見(jiàn)例題)

2.管耗

3.直流電源提供的功率

4.效率5.2.3功率三極管BJT的選擇

1.最大允許管耗:(見(jiàn)例題)PCM0.2Pom

2.最大耐壓值:V(BR)CEO

2VCC3.最大集電極電流:

5.3甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

5.3.1甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

電路組成如圖所示，在該電路中，T1和T2兩管有一定的正偏壓，使兩管在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，這樣可以消除交越失真。但在設(shè)置偏壓時(shí)，應(yīng)盡可能接近乙類(lèi)狀態(tài)，以盡量減小功率和效率帶來(lái)的負(fù)面影響。(見(jiàn)例題)利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

5.3.2甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

如圖所示，T3組成前置放大級(jí)，T2和T1

組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路輸出級(jí)。靜態(tài)時(shí)，通常K

點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。為了提高電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定性能，常將K點(diǎn)通過(guò)電阻分壓(R1,R2)與前置放大電路的輸入端相連，以引入負(fù)反饋。其最終結(jié)果是使VK趨于穩(wěn)定。R1,R2

引入了交流負(fù)反饋，改善了性能指標(biāo)。采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的偏置T3

在上圖中，假定由于溫度的變化使VK

，則

VK

VB3

B3

C3

VC3

VK

電路中電容C的作用：

a.假定信號(hào)的半周期中，T1+,T2-,C充電。

b.在信號(hào)的下一個(gè)周期中，T1-,T2+,VCC斷開(kāi)，

C放電。

例:(北京郵電大學(xué)1999年研究生入學(xué)試題)OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放如圖所示，設(shè)電容C足夠大，三極管的飽和電壓降VCES=1V,問(wèn)：

(1)按功放分類(lèi)電路中T1,T2,的工作方式為那種；

(2)電阻R1和D1、D2的作用；

(3)電位器RW的作用；

(4)試求負(fù)載RL上得到的最大不失真輸出功率Pomax。

解：(1)功率放大器分類(lèi)通常以輸入信號(hào)的一個(gè)周期中，三極管的導(dǎo)通狀態(tài)，即導(dǎo)通角

的大小劃分：

=2甲類(lèi)

=乙類(lèi)

<<2甲乙類(lèi)

<丙類(lèi)電路中，T1、T2、的導(dǎo)通角<<2，故為甲乙類(lèi)方式。

(2)為T(mén)1、T2管提供靜態(tài)偏置電壓，動(dòng)態(tài)情況下可消除Ui幅度較小時(shí)由于三極管的死區(qū)而引起的交越失真。

(3)調(diào)節(jié)電位器使三極管T1、T2基極B1、B2間有一合適的電流

D和壓降VB1B2,壓降VB1B2確保T1、T2管在靜態(tài)時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。另外調(diào)整Rw可使電容C兩端的電壓為0.5VCC。

(4)最大不失真輸出功率

例:某OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路如圖所示，已知三極管T1、T2的飽和壓降為VCES=1V,VCC=18V,RL=8.(1)計(jì)算電路的最大不失真輸出功率Pomax；

(2)計(jì)算電路的效率；

(3)求每個(gè)三極管的最大管耗PT；

(4)為保證電路正常工作，所選三極管U(BR)CEO和

CM應(yīng)為多大；

解：

(4)當(dāng)一個(gè)管子處于飽和狀態(tài)，另一個(gè)管子c、

e間承受的電壓接近2VCC所以，

討論：本題要求掌握雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路在極限狀態(tài)下Pom、PE和

的計(jì)算。要注意題中所用的公式是在極限條件下推導(dǎo)的，實(shí)際功放電路可工作于極限狀態(tài)也可工作在非極限狀態(tài)，所以要注意公式的應(yīng)用條件，切勿死套公式。

例:(北方交通大學(xué)2000年研究生入學(xué)試題)

若要設(shè)計(jì)一個(gè)輸出功率為10W的乙類(lèi)功率放大器，則應(yīng)選擇PCM至少為_(kāi)__W的功率管兩只。解：乙類(lèi)功率放大器最大管耗與電路的最大輸出功率的關(guān)系是PT1m=0.2Po,要求輸出功率為10W,要用兩個(gè)額定管耗大于2W的管子。

例:(北京理工大學(xué)1997年研究生入學(xué)試題)如圖所示功放電路中，已知運(yùn)算放大器A具有理想特性，其最大輸出電壓幅度為±10V,最大輸出電流為±10mA,|VBE|=0.7V,輸入電壓Ui=Uimsint.(1)為獲得最大輸出功率，三極管的

只至少應(yīng)為多少；

(2)電路的最大輸出功率Pomax(忽略三極管的飽和壓降和交越失真)；

(3)該電路的電壓放大倍數(shù)

解：如圖所示電路為運(yùn)放驅(qū)動(dòng)的OCL功率放大器。

(1)已知運(yùn)放最大輸出為±10V，所以RL最大電壓Uom=10-0.7=9.3V

又知最大輸出電流為±10mA，所以

(3)電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，

例:某集成電路的輸出極如圖所示。

(1)分析T4和R1、R2的功能；

(2)T5、T6和R3、R4的工作原理。

解:(1)R1、R2和T4組成VBE擴(kuò)大電路，在靜態(tài)時(shí)為功放管T2、T3提供小電流偏置，以便較好的克服交越失真；另外當(dāng)VBE4隨溫度變化時(shí)，具有溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

(2)電流通過(guò)T5,R3和T6,R4分別對(duì)T2和T3實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。當(dāng)正向輸出電流

e2超過(guò)額定值時(shí)

R3上的壓降促使T5正向偏置，T5由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，旁路了驅(qū)動(dòng)級(jí)向T2提供的基極電流，達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的；同理，當(dāng)負(fù)向電流超過(guò)額定值時(shí)，T6,R4將對(duì)T3起限流保護(hù)作用。

例:某功率放大電路如圖所示，設(shè)T4、T5的飽和壓降及靜態(tài)時(shí)的管耗忽略不計(jì)，試求：（1）當(dāng)輸入電壓有效值Ui=0.5V時(shí)，電路的輸出功率Po及輸出級(jí)的效率；（2）當(dāng)Ui為多大時(shí)，電路可獲得最大輸出功率

Pom，并計(jì)算Pom值。

解：本例電路由差動(dòng)放大器，甲乙類(lèi)OCL放大器和電壓串聯(lián)負(fù)反饋組成。（1