5 功率放大电路
第五章低频功率放大电路习题及答案
第五章低频功率放大电路一、填空题1、以功率三极管为核心构成的放大器称__________ 放大器。
它不但输出一定的_________ 还能输出一定的_______ ，也就是向负载提供一定的功率。
2、功率放大器简称_____ 。
对它的要求与低频放大电路不同，主要是：__________ 尽可能大、_______ 尽可能高、 _______ 尽可能小，还要考虑_________ 管的散热问题。
3、功放管可能工作的状态有三种：______ 类放大状态，它的失真_______ 、效率___ ；_____ 它的失真 ______ 、效率 ______ 。
4、功率放大电路功率放大管的动态范围大，电流、电压变化幅度大，工作状态有可能超越输出特性曲线的放大区，进入 ___________ 或 __________ ，产生______ 失真。
5、所谓“互补”放大器，就是利用________ 型管和 _____ 型管交替工作来实现放大。
6、OTL电路和OCL电路属于 ____ 工作状态的功率放大电路。
7、为了能使功率放大电路输出足够大的功率，一般晶体三极管应工作在 ______ 。
8、当推挽功率放大电路两只晶体管的基极电流为零时，因晶体三极管的输入特性_______ ，故在两管交替工作时产生 _______ 。
9、对于乙类互补称功放，当输入信号为正半周时，_________ 型管导通， ______ 型管截止；当输入信号为负半周时， ______ 型管导通，________ 型管截止；输入信号为零（Ui=O ）时，两管 ____ ，输出为________ 。
10、乙类互补对称功放的两功率管处于偏置工作状态，由于电压的在存在，当输入信号在正负半周交替过程中造成两功率管同时―, 引起 _________ 的失真，称为_____ 失真。
11、功率放大器按工作点在交流负载线上的位置分类有：__________ 类功放、___________类功放和 ___________ 类功放电路。
第五章 功率放大电路
V C（ C V
CC U CE (sat)） RL
2.2W
m
π 4
V CC
U CE(sat) V CC
65％
5.2.2 OTL电路
1 、 OCL 电 路 线 路 简 单 、 效率高，但要采用双电源供电， 给使用和维修带来不便。
2、采用单电源供电的互 补对称电路，称为无输出变压 器（Output transformerless）的 功放电路，简称OTL电路，如 图5.2.5所示。其特点是在输出 端负载支路中串接了一个大容 量电容C2。
第五章 功率放大电路
5.1 功率放大电路概述 5.2 乙类互补对称功率放大电路 5.3 集成功率放大器 *5.4 功率管的安全使用
教学目标
1、了解功放电路特点、分类、对功放电路要求。熟悉低频
功放电路主要技术指标。
2、熟悉OCL、OTL电路组成、工作原理、性能参数估算方
法。
3、掌握交越失真产生原因、消除交越失真方法。 4、掌握复合管组成原则。
教学目标
5、熟悉常用集成功率放大器（LA4102、LM386、TDA2030
等）引脚功能，了解其主要技术指标。熟悉集成功放应用电 路组成、外接元器件作用，会估算闭环增益。
6、选学BTL电路原理及其由集成功放构成的应用电路。
7、选学功放管二次击穿和热致击穿现象及其保护措施，功
放管等功率器件散热计算及散热片的选择。
2、功放管的最大耐压U（BR）CEO 当一只管子饱和导通时，另一只管子承受的最大反向电
压为2VCC。故
U (BR)CEO 2VCC
3、功放管的最大集电极电流
I
CM
VCC RL
4、选择示例
功率放大电路工作原理
功率放大电路工作原理功率放大电路是电子设备中常见的一种电路，它能够将输入信号的功率放大到更大的输出功率，从而驱动负载实现相应的功能。
在现代电子产品中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大、功率放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，以便读者能够更好地理解和应用功率放大电路。
功率放大电路的工作原理主要包括输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面。
首先，输入信号放大是功率放大电路的基本功能之一。
当输入信号进入功率放大电路时，经过放大器的放大作用，输入信号的幅值会得到增大，从而实现对输入信号的放大处理。
而放大器的放大倍数则取决于放大器本身的增益特性，通常通过调节放大器的电路参数来实现不同的放大倍数。
其次，功率放大是功率放大电路的核心功能之一。
在输入信号经过放大器放大后，功率放大电路会将输入信号的功率放大到更大的输出功率。
这通常通过功率放大器来实现，功率放大器能够将输入信号的电压和电流进行放大，从而实现对输入信号功率的放大。
在功率放大的过程中，需要注意功率放大器的工作状态和输出功率的稳定性，以确保输出信号的质量和稳定性。
最后，输出负载驱动是功率放大电路的另一个重要功能。
在输出信号经过功率放大后，需要通过输出负载来驱动相应的负载，实现对负载的驱动和控制。
输出负载通常是电阻、电容、电感等元件，通过合理设计输出负载电路，可以实现对负载的匹配和驱动，从而实现对输出信号的有效控制和传输。
总的来说，功率放大电路的工作原理是通过输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面的功能实现对输入信号的处理和输出功率的放大。
在实际应用中，需要根据具体的需求和电路设计要求来选择合适的功率放大电路，并合理设计电路参数和工作状态，以实现对输入信号的有效放大和输出功率的稳定控制。
希望通过本文的介绍，读者能够更好地理解和应用功率放大电路，为相关领域的电子设备设计和应用提供参考和帮助。
功率放大电路
第5章功率放大电路5.1 教学基本要求教学基本要求主要知识点熟练掌握正确理解一般了解低频功率放大电路的特点、分类、效率和失真问题√√乙类互补推挽功率放大电路的工作原理及主要性能指标计算甲乙类互补推挽功放电路工作原理√互补推挽功率放大电路单电源功率放大电路工作原理√低频功放的能量和效率√功率器件与散热几种功率器件的特点、功率器件的散热√集成功率放大器√5.2 重点和难点一、重点1．理解甲类、乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率与静态工作点设置的关系。
2．乙类功放的工作原理和功率参数计算方法。
二、难点1．正确理解乙类和甲乙类低频功率放大器中放大管的电流流通角、波形失真及其解决方法。
2．乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率计算以及提高效率。
5.3 知识要点甲类功放及特点乙类功放及特点1．低频功率放大器甲乙类功放及特点主要技术要求乙类互补对称功率放大器交越失真及其解决办法2．互补对称功率放大器甲乙类互补对称功率放大器单电源互补对称功率放大器BTL功率放大器本课程中对低频功率放大器的讨论和分析的思路为：先讨论功率放大器的特殊问题甲类功放电路的组成、原理及其优缺点提高效率的途径乙类互补功放电路的组成、原理及其优缺点，功率计算(输出信号交越失真)为了克服交越失真甲乙类低频功放的组成、原理及其优缺点需要解决交流输出信号正负半周不对称问题采用自举电路。
然后介绍集成功放以及BTL功放电路等。
5.4 主要内容5.4.1 功率放大电路的特殊问题5.4.1.1 功率放大电路的特点和要求1．在不失真的前提下尽可能地输出较大功率由于功率放大电路在多级放大电路的输出级，信号幅度较大，功率放大管往往工作在极限状态。
功率放大器的主要任务是为额定负载LR提供不失真的输出功率，同时需要考虑功率放大管的失真、功率放大管的安全(即极限参数CMP、CMI、CEO(BR)U)和散热等问题。
2．具有较高的效率由于功率放大电路输出功率较大，所以，效率问题是功率放大电路的主要要问题。
功率放大电路 功率放大电路图
功率放大电路功率放大电路图功率放大电路功率放大电路图功率放大电路简介：功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。
它一般直接驱动负载，带载能力要强。
功率放大电路通常作为多级放大电路的输出级。
在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等。
总之，要求放大电路有足够大的输出功率。
这样的放大电路统称为功率放大电路。
功率放大电路性能指标:最大输出功率、效率等.功率放大电路工作状态甲类放大在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的iC > 0 ，称为乙类放大。
其典型工作状态如图XX_03所示，此时功率管的导电角q = p 。
甲乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC > 0 ，称为甲乙类放大。
其典型工作状态如图XX_02所示，此时功率管的导电角q满足： p < q < 2p 。
乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类放大。
甲类放大的典型工作状态如图XX_01所示，此时整个周期都有iC > 0 ，称功率管的导电角q = 2p 。
功率放大电路基本原则非线性失真要小非线性失真要小功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。
但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。
散热少输出功率大要求输出功率尽可能大为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。
效率要高效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。
功率放大电路
授课教师：徐升鹏
项目：功率电路制作
2020/5/16
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第五章 功率放大电路
§ 5.1 功率放大电路的一般问题 § 5.3 乙类双电源互补对称功放电路 § 5.4 甲乙类互补对称功放电路 § 5.5 集成功率放大器
引言
多级放大电路:
几级放大电路的串联构成的电路
多极放大电路中，输出的信号往往需要送到 负载，去驱动一定的装置，或驱动执行装置， 通常采用的就是功率放大电路。
引言
本章的主要内容就是由晶体管BJT组成的 功率放大电路。
前面所讨论的放大电路主要用于增强电压 幅度或电流幅度，因而相应地称为电压放大 电路或电流放大电路。强调的是不同的输出量。
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§ 5.1 功率放大电路的一般问题
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。
T2 RL
-VCC
甲乙类双电源互补对称功放电路OCL
1.克服交越失真的措施：
+VCC
电路中增加 R1、D1、D2、R2
R1
T1
支路
D1
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.
vi D2 R2
VL iL T2 RL
在负载上静态时电流为零，电压为零。 -VCC
集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：单电源 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V
集成功放 LM384管脚说明:
14 -- 电源端（ Vcc）
3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND）
05第五章、功率放大电路
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5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
一、交越失真 由于三极管输入特性有门槛电压，特性开始部分非线性又比较 严重，在两管交替工作点前后，出现一段两管电流均为零因而负载电流和电压均 为零的时间，使输出波形出现了“交越失真”。 二、甲乙类双电源互补对称功率放大电路 1.电路组成及电路工作原理：在两管的基极之间产生一个合适的偏压，使它们处 于微导通状态，两管各有不大的静态电流，电路工作在甲乙类，由于iL=iC1-iC2 ， 输出波形接近于正弦波，基本上可以实现线性放大。 2.性能指标计算及选管原则（同乙类功放） 三、甲乙类单电源互补对称功放：（OTL） 1.电路组成及分析： 它与OCL电路的根本区别在于输出端接有大电容C。就直流而言， 只要两管特性相同，Ｋ点的电位ＶK=Vcc/2，而大电容C 被充电 到ＶC=ＶK=Vcc/2 。就交流而言，只要时间常数;RLC比输入信号 的最大周期大得多，电容上电压可看作固定不变，而C对交流可 视为短路。这样，用单电源和C 就可代替OCL电路的双电源。T1 管上的电压是Vcc 与VK 之 差，等于Vcc/2 ，而T2 管的电源电压 就是0与ＶK 之差，等于Vcc/2 。OTL电路的工作情况与OCL电路 完全相同。但是在用公式估算性能指标时，要用Vcc/2代替 。 2.选管原则:(同双电源互补对称功放)原公式中Vcc用Vcc/2替代。 3.带自举的单电源互补对称电路
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2.直流电源供给的功率 直流电源供给的功率是指一个周期内的平均功率。直流电源供给的功率，一 部分转换为负载所需的交流功率，还有一部分被功率管消耗。 3.转换效率 η=Ｐo/Ｐv=3.14×Ｖom/(4Ｖcc) 在理想情况下,当Ｖom=Ｖcc时，效率为78.5%。 4.管耗 ＰT=ＰT1 +ＰT2=ＰV -Ｐo=2(ＶCC·Ｖom/π-Ｖom·Ｖom/4)／ＲL 四、功率放大电路放大管三种工作状态 甲类、乙类、甲乙类
功率放大电路
1.集成功放LM３８６
LM３８６ 是目前广泛使用的 小功率音频集成功率放大器， 其外形和管脚排列如图所示。
信号放大电路
1.3
集成功率放大器
2. LM３８６ 的图所示。
电路与电子技术
电路与电子技术
信号放大电路
1.1
功率放大电路概述
1.功率放大电路的特点
功率放大电路概述
１） 输出功率要大 ２） 功率转换效率要高 ３） 非线性失真要小 ４） 功放管的散热要好
信号放大电路
1.1
功率放大电路概述
2.功率放大电路的工作状态
功率放大电路按功放管 导通时间的长短可分为 甲类、乙类和甲乙类， 如图所示。
功率放大电路概述
信号放大电路
1.2
互补对称功率放大电路
功率放大电路概述
1.乙类互补对称功放
乙类功放管耗小， 效率较高， 但失真严重。若采用两只特性 相同的功放管， 使其在正负半周轮流工作， 则可在负载上合 成完整的波形， 从而解决失真的问题。
信号放大电路
1.3
集成功率放大器
功率放大电路概述
在半导体制造工艺的基础上， 将整个电路中的元器件制作在一 块硅基片上， 构成具有特定功能的电子电路， 称为集成电路。 集成功率放大器（简称集成功放） 具有体积小、性能优越、工 作稳定、易于安装和调试等优点。
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1 VC = VCC 2
2. 动态工作情况
此电路存在的问题： 此电路存在的问题： K点电位受到限制 点电位受到限制 # 在怎样的条件下，电容C才可充当负电源的角色？ 在怎样的条件下，电容C才可充当负电源的角色？
3. 带自举电路的单电源功放
自举电路 静态时
1 VK = VCC 2
C3充电后， 充电后， 其两端有一固定 电压 动态时 C3充当一个电源 # 在怎样的条件下，电容C3才能起到电源的作用？ 在怎样的条件下，电容C 才能起到电源的作用？ end
# 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？ 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？
5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路
1. 电路组成
由一对NPN、PNP特性相同的 、 由一对 特性相同的 互补三极管组成，采用正、 互补三极管组成，采用正、负双 电源供电。这种电路也称为OCL 电源供电。这种电路也称为 互补功率放大电路。 互补功率放大电路。
VCC − VCES 2 ( ) 2 (VCC − VCES ) 2 VCC 2 = = ≈ RL 2 RL 2 RL
Pomax
3. 分析计算
（2）管耗 T ）管耗P 单个管子在半个周期内的管耗
vo 1 π PT1 = (VCC − v o ) d(ω t ) 0 2π RL
∫
V sin ωt 1 π (VCC − Vom sin ωt ) om d(ω t ) = 2π 0 RL
# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路 有本质上的区别吗？ 有本质上的区别吗？
减小失真
管子的保护
4. 三种工作状态
三极管根据正弦信号整 个周期内的导通情况 ， 可 分为几个工作状态： 分为几个工作状态： 甲类： 甲类：一个周期内均导通 乙类：导通角等于180° 乙类：导通角等于 ° 甲乙类：导通角大于180° 甲乙类：导通角大于 °
2. 工作原理
两个三极管在信号正、 两个三极管在信号正、负 半周轮流导通， 半周轮流导通，使负载得到一 个完整的波形。 个完整的波形。
3. 分析计算
(1) 实际输出功率 o 实际输出功率P
Po = Vo I o = Vom V ⋅ = om 2 2 ⋅ RL 2 RL Vom
2
最大不失真输出功率P 最大不失真输出功率 omax
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类互补对称电路存在的问题
实际测试波形
设 甲乙类双电源互补对称电路 5.3.1 T3已有合适 的静态工作点
1. 静态偏置 可克服交越失真 2. 动态工作情况
二极管等效为恒压模型 理想二极管
# 在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出 在输入信号的整个周期内， 现反向偏置状态？ 现反向偏置状态？
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
VCE R1 + R2 ≈ ⋅ VBE R2
VBE可认为是定值 R1、R2不变时，VCE也 不变时， 是定值， 是定值，可看作是一个直流 电源
5.3.2 甲乙类单电源互补对称电路
1. 静态偏置
调整R 调整 1、R2阻值 的大小， 的大小，可使
1 VKom πRL
当 Vom ≈ VCC 时， PVm
2 VCC = ⋅ π RL
2
（4）效率η ）
Po π Vom = ⋅ η= PV 4 VCC
当 Vom ≈ VCC 时， η =
π
4
≈ 78.5 %
4. 功率晶体管的选择
最大管耗和最大输出功率的关系
dPT1 1 VCC Vom = − dVom RL π 2
∫
V 1 π VCCVom ( sin ω t − om sin 2ω t ) d(ω t ) = 2π 0 RL RL
∫
2
1 VCCVom Vom ( ) = − RL π 4
2
两管管耗
2 VCCVom Vom PT = PT1 + PT2 = ( ) − RL 4 π
2
3. 分析计算
（3）电源供给的功率 V ）电源供给的功率P
5.1 功率放大电路的一般问题 5.2 乙类互补对称功率放大电路 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路
*5.4 集成功率放大器 5.5 功率器件
5.1 功率放大电路的一般问题
1. 功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的 的放大电路。因此， 的放大电路 。 因此 ， 要求同时输出较大的电压 和电流。 管子工作在接近极限状态。 和电流。 管子工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带载能力要强。 一般直接驱动负载，带载能力要强。 2. 要解决的问题 提高效率 3. 提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流 降低静态功耗，即减小静态电流IC。
要得到最大输出功率， 要得到最大输出功率，三极 管的参数必须满足下列条件： 管的参数必须满足下列条件： a. 每只三极管的最大管耗 b. 最高击穿电压 PCM＞PT1m≈0.2Pom
|V(BR)CEO|＞2VCC ICM＞VCC/RL
c. 最大集电极电流为
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类互补对称电路存在的问题
令
dPT1 =0 dVom
则
VCC
Vom − =0 π 2
PT1m 1 V 2 CC = 2⋅ π RL
Vom
2VCC = ≈ 0.6VCC π
所以， 所以，T1管的最大功耗为 已知电路的最大输出功率 故 PT 1 m
1
Pom
V 2 CC = 2RL
V 2 CC 此结果常用来作为选择管子的依据） = 2 ⋅ ≈ 0.2 Pom （此结果常用来作为选择管子的依据） RL π