7.1功率放大電路主講教師：XXX＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大電路？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。以輸出較大功率為目的的放大電路稱(chēng)為功率放大電路功率放大電壓放大信號(hào)提取課前導(dǎo)讀一般，耳機(jī)推動(dòng)功率毫瓦級(jí)/s/blog_4ad042e50102dw4b.html

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使

輸出信號(hào)電壓大；

輸出信號(hào)電流大。課前導(dǎo)讀

功率放大電路與電壓放大電路的區(qū)別：

電壓放大電路的主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，主要討論Au，Ri和Ro等。因是小信號(hào)放大，所以電路中的放大管工作在Q點(diǎn)附近小范圍之內(nèi)，分析方法以微變等效電路為主。

課前導(dǎo)讀

功率放大電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，通常放在最后一級(jí)，因此是在大信號(hào)狀態(tài)下工作。

要求功放管要有很大電壓變化范圍和電流變化范圍，所以它們常常工作在大信號(hào)狀態(tài)或接近極限運(yùn)用狀態(tài)。功放電路的特點(diǎn)和要求1、輸出功率盡可能大

在大功率三極管的輸出特性中，除了與普通三極管一樣分有放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)外，從使用和安全角度還分有

過(guò)電流區(qū)過(guò)電壓區(qū)過(guò)損耗區(qū)它們的位置如圖所示。

過(guò)電流區(qū)是由最大允許集電極電流確定的，超過(guò)此值，β將明顯下降。

過(guò)電壓區(qū)由c、e間的擊穿電壓U(BR)CEO所決定。過(guò)損耗區(qū)由集電極功耗PCM所決定。三極管的極限工作區(qū)

2、非線(xiàn)性失真要小3、效率要高4、功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題不可忽視5、分析方法（作圖法/公式法）功放電路的特點(diǎn)和要求從能力轉(zhuǎn)換的觀(guān)點(diǎn)看，功放是將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換成交流電能傳送給負(fù)載，若效率不高，則能量浪費(fèi)，管子溫度升高，減短管子的壽命學(xué)習(xí)要求：

1．了解功率放大電路的主要特點(diǎn)及其分類(lèi)；2．熟悉常用功放電路的工作原理及最大輸出功率、效率和功率三極管的最大管耗的計(jì)算；3．了解集成功率放大電路及其應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)：OCL、OTL

功率放大器教學(xué)難點(diǎn)：功率放大電路主要參數(shù)分析與計(jì)算4．了解功率器件的特點(diǎn)及其散熱問(wèn)題。教學(xué)目標(biāo)1功率放大器的分類(lèi)

通常根據(jù)放大管的工作狀態(tài)不同，分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)功率放大電路。

特點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)位于特性曲線(xiàn)的放大區(qū)，工作點(diǎn)的移動(dòng)范圍也在放大區(qū)，整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均有電流ic通過(guò)功放管。在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，這些功率全部消耗在管子和電阻上，管功耗較大(故管耗和靜態(tài)量有很大關(guān)系)，效率低。1功率放大器的分類(lèi)

特點(diǎn)：整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期有電流ic通過(guò)功放管，靜態(tài)工作點(diǎn)位于截止區(qū)邊緣。在沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，功放管的靜態(tài)集電極電流ICQ=0，沒(méi)有管耗，效率高。1功率放大器的分類(lèi)

特點(diǎn)：整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，大于半個(gè)周期有電流ic通過(guò)功放管，靜態(tài)工作點(diǎn)位于放大區(qū)靠近截止區(qū)的位置。因?yàn)殪o態(tài)時(shí)ICQ的值比較小，所以管耗較小，效率也比較高。甲類(lèi)功放：在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流流過(guò)晶體管管子的導(dǎo)通角為360o

靜態(tài)電流大于0，管耗大，效率低乙類(lèi)功放：管子只有半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通管子的導(dǎo)通角為180o靜態(tài)電流等于0，效率高甲乙類(lèi)功放：管子的導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期但是小于一個(gè)周期，比半個(gè)周期稍多些1功率放大器的分類(lèi)2甲類(lèi)功率放大器研究甲類(lèi)放大的效率（圖示法）：

為使輸出信號(hào)的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置靠近負(fù)載線(xiàn)的中部。若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為：uo的取值范圍QIcuCEUCC直流負(fù)載線(xiàn)交流負(fù)載線(xiàn)UCEQ=0.5UCC

靜態(tài)工作點(diǎn)：2甲類(lèi)功率放大器(輸出最大功率的條件)1.直流電源輸出的功率2.最大負(fù)載功率3.最大效率2甲類(lèi)功率放大器甲類(lèi)功率放大器小結(jié)：1、輸入信號(hào)越大，Po,越大。2、Po越小，管耗越大，靜態(tài)管耗最大，等于電源供給功率。3、甲類(lèi)功放最高效率為25%。4、要管子安全工作的重要參數(shù)是最大功耗PCM、最大集電極電流ICM和擊穿電壓U(BR)CEO。5、效率低的主要原因是靜態(tài)損耗大。甲類(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低

怎樣提高輸出功率?討論問(wèn)題1:如何解決效率低的問(wèn)題？討論問(wèn)題2:方法1：提高電源電壓選用耐壓高、容許工作電流大和耗散功率大的器件方法2：改善器件的散熱條件直流電源提供的功率，大部分消耗在放大器件上，使器件的溫度升高，如果散熱條件不好，極易燒壞放大器件。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需加散熱片或用風(fēng)扇冷卻。

怎樣提高輸出功率？討論問(wèn)題1:如何解決效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，又稱(chēng)乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。討論問(wèn)題2:結(jié)構(gòu)特點(diǎn):互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極輸出器。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR互補(bǔ)推挽電路

無(wú)輸出電容乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路

（OCL電路）3乙類(lèi)功率放大器

一、電路結(jié)構(gòu):

省去輸出端大電容的功率放大電路通常稱(chēng)為OCL電路。其中，OCL是OutputCapacitorLess的縮寫(xiě)。

OCL是OTL電路的升級(jí)，優(yōu)點(diǎn)是省去了輸出電容，使系統(tǒng)的低頻響應(yīng)更加平滑。缺點(diǎn)是必須用雙電源供電，增加了電源的復(fù)雜性。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR互補(bǔ)推挽電路

無(wú)輸出電容乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路

（OCL電路）3乙類(lèi)功率放大器

二、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0V

ic1、ic2均=0（乙類(lèi)工作狀態(tài)）

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR因此，不需要隔直電容。T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱(chēng)為乙類(lèi)放大。

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，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。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。3乙類(lèi)功率放大器

乙類(lèi)放大的輸入輸出波形關(guān)系:交越失真死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過(guò)零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。ui-USCT1T2uo+USCRLiL靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；

------管耗低(2)每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；

------輸出功率大(3)存在交越失真。乙類(lèi)放大的特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiLOCL最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：ui-USCT1T2uo+USCRLiL負(fù)載上得到的最大功率為：則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：若忽略晶體管的飽和壓降:ULmaxui-USCT1T2uo+USCRLiLOCL最大輸出功率及效率的計(jì)算電源提供的直流平均功率計(jì)算：

每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：

tic效率為：判斷對(duì)錯(cuò)：在甲乙類(lèi)功率放大電路中，輸出功率最大時(shí)，功率管最熱。最大管耗計(jì)算OCL電路中晶體管的選擇

最大管壓降：

集電極最大電流：最大管耗：功放管選擇原則：ui-USCT1T2uo+USCRLiL小結(jié):1、乙類(lèi)功放兩管輪流工作2、3、功放管選擇原則：4、例1：在OCL推挽功率放大電路中，電壓電壓UCC均為6V，要求輸出最大功率為2.25W，則負(fù)載阻抗應(yīng)選多大(忽略飽和壓降UCES)?解：在OCL電路中，最大不失真輸出時(shí)最大輸出功率為：所以：因?yàn)椋豪?：在OCL推挽功率放大電路中，直流電壓UCC為18V，負(fù)載電阻RL=8Ω，功放管的飽和壓降UCES=1V，求電路的最大輸出功率、效率和總管耗。解：在OCL電路中，最大不失真輸出時(shí)最大輸出功率為：直流電源提供的總功率：例2：在OCL推挽功率放大電路中，直流電壓UCC為18V，負(fù)載電阻RL=8Ω，功放管的飽和壓降UCES=1V，求電路的最大輸出功率時(shí)直流電源提供的功率、效率和總管耗。解：所以：最大管功耗為：設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)一個(gè)OCL功放電路，要求電路無(wú)交越失真,直流供電電壓VCC=±18V、RL=8Ω、VCES=2V，畫(huà)出電路圖，并求Po、h、Pvui+-+VCC-VCCuo當(dāng)

ui=0時(shí)，IB=0ui死區(qū)電壓死區(qū)電壓iL4乙類(lèi)功率放大器中的交越失真

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)通。因此在正、負(fù)半周交替過(guò)零處會(huì)出現(xiàn)一些非線(xiàn)性失真，這個(gè)失真稱(chēng)為交越失真。4乙類(lèi)功率放大器中的交越失真

tuo交越失真uit消除交越失真方法消除交越失真的OCL電路——提高晶體管基極電位4乙類(lèi)功率放大器中的交越失真

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類(lèi)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。1.基本原理

5甲乙類(lèi)功率放大器電路一.甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)OCL電路電路中增加R1、R2、

D1、D2、R3支路利用uBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路5甲乙類(lèi)功率放大器電路（其它類(lèi)型）一、利用uBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

——目的：消除交越失真uB1ttiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceVCCIBQ5甲乙類(lèi)功率放大器電路（其它類(lèi)型）例3:如圖所示電路中,已知Vcc=15V,輸入電壓為正弦波,晶體管的飽和管壓降VCES=3V,電壓放大倍數(shù)約為1,負(fù)載電阻RL=4

。（1）求負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率；（2）若輸入電壓最大值為8V，則負(fù)載上能夠獲得的最大功率為多少？解：（2）最大輸出功率功率放大電路的最大輸出功率除了決定于功放自身的參數(shù)外，還與輸入電壓是否足夠大有關(guān)。例3:如圖所示電路中,已知Vcc=15V,輸入電壓為正弦波,晶體管的飽和管壓降VCES=3V,電壓放大倍數(shù)約為1,負(fù)載電阻RL=4

。（1）求負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率；（2）若輸入電壓最大值為8V，則負(fù)載上能夠獲得的最大功率為多少？練習(xí)題：

在下圖所示電路中，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2管的飽和管壓降│UCES│＝2V，輸入電壓足夠大。試問(wèn)：（1）最大輸出功率Pom和效率η各為多少？（2）晶體管的最大功耗PTmax為多少？（3）為了使輸出功率達(dá)到Pom，輸入電壓的有效值約為多少？

解：（1）最大輸出功率和效率分別為（2）晶體管的最大功耗（3）輸出功率為Pom時(shí)的輸入電壓有效值帶有音調(diào)調(diào)節(jié)的功放電路6甲乙類(lèi)功率放大器電路（其它類(lèi)型）7、復(fù)合管互補(bǔ)功率放大電路

一、復(fù)合管-------目的擴(kuò)大輸出電流IBIEIC1IC2IE1=IB2推動(dòng)管輸出管IC增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。

1

2晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型復(fù)合管的特點(diǎn)復(fù)合管的β是兩個(gè)管β1、β2的乘積。復(fù)合管的管型取決于推動(dòng)管。使用復(fù)合管時(shí)，要注意的問(wèn)題是：輸出管的輸入電流應(yīng)與推動(dòng)管的輸出電流一致。二、帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路

T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。＋v－vLRＶＣＣT3TT65oＣＣＶT41T2Ti3RR12R帶有音調(diào)調(diào)節(jié)的功放電路Basstreblevolume調(diào)試，克服交越失真甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)OCL電路

該電路都不必采用耦合電容，因此電路的低頻響應(yīng)好，便于集成，但電路需要兩個(gè)電源供電，某些場(chǎng)合使用不方便，為了簡(jiǎn)化電路，可以采用單電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。8甲乙類(lèi)單電源功率放大器單電源OTL互補(bǔ)功率放大電路OTL（OutputTransformerLess）無(wú)輸出變壓器的單電源供電互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器1、乙類(lèi)OTL結(jié)構(gòu)特點(diǎn).單電源供電；.輸出加有大電容。（2）工作原理動(dòng)態(tài)時(shí)，當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，ie1流過(guò)負(fù)載，產(chǎn)生uo,同時(shí)對(duì)電容充電。當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通，電容放電，產(chǎn)生電流ie2通過(guò)負(fù)載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。UBUA靜態(tài)時(shí)，UB=

UA=VCC/2

，T1、T2截止，即處于乙類(lèi)工作狀態(tài)，電容兩端的電壓為VCC

/2

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。和雙電源供電的乙類(lèi)功率放大器的計(jì)算公式的唯一區(qū)別是電源電壓，只要將原公式中的用取代即可。

例題：在OTL電路中，VCC均為15V，RL=10Ω,UCES=1V，分別求兩電路最大不失真輸出時(shí)的最大輸出功率、電源提供的功率、效率.解：在OTL電路中，最大不失真輸出時(shí)最大輸出功率為：電源提供的功率和效率為：