功率放大电路解读

第五章功率放大电路

学习要求：

前面已经介绍了一些电子电路，经过这些电路处理后的信号，往往要送到负载，去驱动一定的装置。例如，这些装置有收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。这时我们要考虑的不仅仅是输出的电压或电流的大小，而是要有一定的功率输出。这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。

本章以分析功率放大电路的输出功率、效率和非线性失真之间的矛盾为主线，逐步提出解决矛盾的措施。在电路方面，以互补对称功率放大电路为重点进行较详细的分析与计算，并介绍了集成功率放大器实例。最后，对功率器件的散热问题、功率BJT和VMOS管等也予以介绍。

1．熟练掌握如何解决输出功率、效率和非线性失真三者之间的矛盾；

2．要熟练掌握乙类互补对称功率放大电路的组成、分析计算和功率BJT的选择；

3．正确理解甲乙互补对称功放电路的工作原理及计算；

4．了解各种功率器件及散热问题；

5．了解集成功率放大器的使用（可作为选讲内容）。

本章的重点：

OCL、OTL 功率放大器

本章的难点：

功率放大电路主要参数分析与计算

第一节功率放大电路的一般问题

功放以获得输出功率为直接目的。它的一个基本问题就是在电源一定的条件下能输出多大的信号功率。功率放大器既然要有较大的输出功率，当然也要求电源供给更大的注入功率。因此，功放的另一基本问题是工作效率问题。即有多少注入功率能转换成信号功率。另外，功放在大信号下的失真，大功率运行时的热稳定性等问题也是需要研究和解决的。

一、功率放大电路的特点、基本概念和类型

1、特点：

(1) 输出功率大

(2) 效率高

(3) 大信号工作状态

(4) 功率BJT的散热

2、功率放大电路的类型

(1) 甲类功率放大器

特点：

·工作点Q处于放大区，基本在负载线的中间，见图5.1。

·在输入信号的整个周期内，三极管都有电流通过。

·导通角为360度。

缺点：

效率较低，即使在理想情况下，效率只能达到50%。

由于有I CQ的存在，无论有没有信号，电源始终不断地输送功率。当没有信号输入时，这些功率全部消耗在晶体管和电阻上，并转化为热量形式耗散出去；当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输出功率。

通常用于小信号电压放大器；也可以用于小功率的功率放大器。

(2) 乙类功率放大器

特点：

·工作点Q处于截止区。

·半个周期内有电流流过三极管，导通角为180度。

·由于I CQ=0，使得没有信号时，管耗很小，从而效率提高。

缺点：

波形被切掉一半，严重失真，如图5.2所示。

作用：

用于功率放大。

(3) 甲乙类功率放大器

·工作点Q处于放大区偏下。

·大半个周期内有电流流过三极管，导通角大于180度而小于360度。·由于存在较小的I CQ，所以效率较乙类低，较甲类高。

缺点：

波形被切掉一部分，严重失真，如图5.3所示。

作用：

用于功率放大。

第二节乙类双电源互补对称功率放大电路

一、电路组成

在图5.4所示电路中，两晶体管分别为NPN管和PNP管，由于它们的特性相近，故称为

互补对称管。

静态时，两管的I CQ=0；有输入信号时，两管轮流导通，相互补充。既避免了输出波形的严重失真，又提高了电路的效率。

由于两管互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称电路。

二、分析计算

1. 输出特性曲线的合成

因为输出信号是两管共同作用的结果，所以将T1、T2合成一个能反映输出信号和通过负载的电流的特性曲线。合成时考虑到：

（1）v i=0时,V CEQ1=V cc， -V CEQ2=V cc，因此 Q1=Q2。

（2）由流过R L的电流方向知i c1与i c2方向相反。即两个纵坐标轴相反。

（3）特性的横坐标应符合：v CE1+v EC2=V cc-(-V cc)=2V cc

v CE1的原点与-v CE2=2V cc点重合；-v CE2的原点与+v CE1=2V cc点重合。

由以上三点，得两管的合成曲线如图5.6所示。这时负载线过V cc点形成一条斜线，其斜率为-/R L。显然，允许的i C的最大变化范围为2I Cm，v CE的变化范围为2（V CC-V CES）=2V cem=2I cm R L。如果忽略BJT的饱和压降V CES，V cem=I cm R L≈V CC。

2. 计算输出功率P o

在输入正弦信号幅度足够的前提下，即能驱使工作点沿负载线在截止点与临界饱和点之间移动。如图5.6所示波形。输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表示。

设输出电压的幅值为V om，则

这恰好是图5.6中△ABQ的面积。因为I om=V om/R L，所以

图5.5中的T1、T2可以看成工作在射极输出器状态，A V≈1。当输入信号足够大，使V im=V om=

V cem= V CC- V CES≈V CC和I om=I cm时，可获得最大的输出功率

由上述对P o的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压V CC或降低负载阻抗R L。但必须正确选择功率三极管的参数和施加必要的散热条件，以保证其安全工作。

3.BJT的管耗P T

4、电源提供的功率

5、效率η

三、功率BJT的选择

1、最大管耗和最大输出功率的关系