第5章 功率放大电路
高频电子线路(第五章 高频功率放大器)
高频功率放大器和低频功率放大器的共同 特点都是输出功率大和效率高。
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（3）高频功率放大器的种类
谐振功率放大器（学习重点）
特点是负载是一个谐振回路，功率放大增益可
以很大，一般用于末级； 不易于自动调谐。
宽带功率放大器（了解即可）
特点是负载是传输线变压器，可在很宽的频带
工作状态 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 半导通角 c=180° c=90° 90° ＜c＜180° c＜90° 开关状态 理想效率 50% 78.5% 50%＜h＜78.5% h＞78.5% 负 载 电阻 推挽，回路 推挽 选频回路 选频回路 应 用 低频 低频，高频 低频 高频 高频
90%~100%
由于这种周期性的能量补充，所以振荡回路能维持振 荡。当补充的能量与消耗的能量相等时，电路中就建立起 动态平衡，因而维持了等幅的正弦波振荡。
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问题二：半流通角θc通常多大合适?
如果θc取值过大，趋向甲类放大器，则效率 太低； 如果θc取值过小，效率虽然提高了，但输出 功率的绝对值太小（因为iC脉冲太低）； 这是一对矛盾，根据实验折中，人们通常 取
gC (vB VBZ )(当vB VBZ )
外部电路关系：
vB VBB Vbm cos t
v C V CC V cm cos t
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（4）对2个问题的解释
问题一（可能会引起同学们困惑的问题）
为什么iC的波形时有时无,而输出的波形vo却能
是连续的?
问题二（有的题目已知条件不给θc,而解题 中又需要θc ）
通过LC回路,滤去无用分量，只留下 Icm1cosωt分量
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
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。
2020/5/16
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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）
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指能够将输入信号的功率放大的电路。
在现代电子设备中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，帮助读者更好地理解其工作原理。
首先，功率放大电路的基本结构包括输入端、输出端和放大器。
输入端接收输入信号，经过放大器放大后，输出到输出端。
放大器是功率放大电路的核心部件，它能够将输入信号的功率放大到一定的水平，以满足实际应用的需求。
在功率放大电路中，放大器通常采用晶体管、场效应管等器件。
这些器件能够根据输入信号的变化，控制电流或电压的变化，从而实现对输入信号的放大。
在放大器中，通常还会加入负载电阻、耦合电容等元件，以提高放大器的稳定性和线性度。
功率放大电路的工作原理可以通过以下步骤来解释，首先，输入信号经过输入端进入放大器，放大器根据输入信号的变化，控制输出端的电流或电压变化；其次，输出端的信号经过负载电阻等元件，最终输出到外部电路。
在这个过程中，放大器起到了将输入信号功率放大的作用。
在实际应用中，功率放大电路通常需要满足一定的性能要求，比如输出功率、频率响应、失真度等。
为了实现这些性能要求，设计功率放大电路需要考虑放大器的工作点、负载匹配、反馈电路等因素。
通过合理的设计，可以使功率放大电路达到较好的性能指标。
除了单级功率放大电路外，还有级联放大、并联放大等多种功率放大电路结构。
这些结构能够根据实际应用的需求，灵活地组合使用，以满足不同的功率放大要求。
总的来说，功率放大电路是现代电子设备中不可或缺的部分，它能够将输入信号的功率放大到一定水平，满足实际应用的需求。
通过合理的设计和优化，可以使功率放大电路达到较好的性能指标，为各种电子设备的正常工作提供保障。
综上所述，功率放大电路的工作原理是基于放大器对输入信号功率的放大，通过合理的设计和优化，能够实现对输入信号的有效放大，满足实际应用的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解功率放大电路的工作原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
第五章 功率放大器
Ｑ点位置： Ｑ 点在交流负载线上略高于乙类 工作点处。 电路特点：静态电流较小，效率较高（介于甲 类和乙类之间）。输出波形失真比较大。
２、按耦合方式分类
1．阻容耦合功率放大电路。 2．变压器耦合功率放大电路 3．直接耦合功率放大电路
推挽放大器
在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两 只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的 正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只 三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器 负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。 推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一 只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先 导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、 放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以 称为推挽放大器。
Vcem VG I cm ； RL 2 RL 忽略饱和压降和穿透电流，则 最大输出功率为 1 1 VG 1 Vcem Pom I cm VG 2 2 2 RL 2
1 VG Vcem 2
即
Pom
2 VG 8 RL
四、交越失真及克服方法
讨论电路工作原理的时候是理性状态，未考虑三 极管死区电压（硅：０.５V，锗： ０.２V ）的 影响。实际上由于两个功放管之间没有偏置电路， 在输入交流电压小于死区电压的时候，两个功放 管都是截止的。在输出电压波形的正、负半周交 替处出现一段没有电压的区域，这种现象叫交越 失真。 克服方法：在两个功放管的基极之间串入两个二 极管，利用二极管的压降为两个三极管提供正向 偏置电压，使两个三极管处于微导通状态，即工 作在甲乙类状态，克服了交越失真。
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功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态时的工作电 流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此 时虽降低了静态工作电流，但又产生了失真问题。如果不能 解决乙类状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电路 中就不能采用。推挽电路和互补对称电路较好地解决了乙类 工作状态下的失真问题。
3/7/2013 6:36:27 PM
为提高效率、降低损耗，应从两方面考虑：一是增加放大电 路的动态工作范围来增加输出功率；二是减少电源供给的功率， 即在 U CC一定时使静态电流 I C 减小，也就是将静态工作点沿交流 负载线下移。
由
1 Pc πuCE ic d(t ) 2π
π
可知 功率放大器提高输出功率的途径： 减小放大管的集电极损耗！
当 u i 为正弦信号正半波时，T1 导通、T2 截止， 流过 R L 的电流为 ic1 ，
u o u i 。当 u i 为负半波时， T2 导通、 T1 截止，流过 R L 的电流为 i c 2 ，由
于 T1 、 T2 对称， i c 1 i c 2 ， u o u i 。
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3/7/2013 6:36:27 PM
4. 集电极效率
功率放大电路的效率是输出功率和电源供给功率之比。
Po π U om PE 4 U CC
(5-8)
输出信号越大，效率越高，当 U om(max) U CC 时，效率最大。
π 78.5% 4
当
U om U CC
时
c max
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5.2.3 单电源互补对称功率放大电路（OTL）
电容C起负电源 图 5-4 所示为单电源无输出变压器 –UCC的作用
互补对称功率放大电路的原理图， 它利 用电容 C L 的存贮电能的作用代替了负 电源。
ui
CC
U CC
T1
ui
A
CL
在静态时， 点的电位为 U CC / 2 ， U A 耦合电容 C L 上的电压为 U CC / 2 。为保 证正常工作，输入端的直流电位也应 为 U CC
（a） 电路原理图
U CC
U CC
ui
0
i c1
a. 当ui =0 时
Uo =0
T1、T2截止
t
ic1
uo
0
ic 2
t
静态功耗为零
T1
ic1
t
0
uo
ic1
RL
t
ui
0
ui
0
T2
t
0
t
RL
（b)输入输出波形图
uo
uo
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b. ui >0 时 T1导通 T2截止 c. ui <0 时 T2导通 T1截止
故最大不失真输出功率为： (忽略 U CES )
Pom
2 2 1 (U CC U CES ) 1 U CC 2 RL 2 RL
（5-2）
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2. 管耗 PT 1 、PT 2
管耗是指流过每只功率管瞬时电流 i C 与管压降 u CE 的乘积在一个 周期内的平均值，由于每只管子各导通半周，故有
π 78.5% 4
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5. 功率管的选择
由以上的计算可知，若想得到最大功率，每只管子的参数 必须满足下列条件： （1）每只管子的最大允许管耗 PCM 必须大于 PT1(max) 0.2Pom ； （2）当 T2 导通时， u CE 2 0 ，此时 u CE 1 2U CC 为最大值，应选 用 U ( BR) CEO 2U CC 的管子。 （3）通过管子的最大集电极电流为 U CC R L ，所选管子的 I CM 不 宜低于此值。
对交流输入信号而言， 输出耦合电容 C L 的容抗和电源内阻均忽略 不计，交流通路和图 5-2a 的相同。当 u i 为正半波时， T1 、 T2 基极电 位高于 A 点电位，故 T1 导通、 T2 截止，负载 R L 上得到与 u i 相同的正 半周电压。 u i 为负半波时，T1 、T2 基极电位低于 A 点电位， T2 导 当 故 通、T1 截止， 负载 R L 同样也得到和 u i 相同的负半周电压。 这样， R L 在 上得到一个合成的正弦电流及电压。波形与图 5-2b 相同。
U CC u CE
0
t
(a) 甲类
0
iC
Q
0
t
0
U CC u CE
iC (b) 甲乙类
iC
Q
0
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t
(c) 乙类
0
U CC u CE
5.2 乙类互补对称功率放大电路
5.2.1 无输出电容的双电源互补对称功率放大电路（OCL）
图 5-2a 所示为无输出电容(OCL)乙类双电源互补对称功率放大电 路原理图。T1 为 NPN 管，T2 为 PNP 管，要求 T1 、T2 的特性对称一致。 由于没有设置基极偏置电压，故 I B 、 I C 、U BE 均为零，是乙类工作状 态。 从电路形式看， 两个三极管都接成射极输出器的形式， 具有 u o u i ， 输入电阻高，输出电阻低的特点。
Po U o I L
U cem I cm 2
设 uo Uom sin t
U o U ce I c RL
2 2
Po
1 1 U cem 1 U om U cem I cm 2 RL 2 RL 2 2
（5-1）
当输出 uo max且波形不失真时，其最大值为 U om(max) U CC U CES
平均集电极电流IC(AV)为 1 π 1 π uo I C(AV) 0 iC1d t 2 π 0 RL d t 2π π 1 1 U om 0 U om sin td t π RL 2 πRL
直流电流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供给负载，故有
两个电源供给的总电源功率 2 U CCU om PE 2 PT1 Po （5-6） π RL 2 2 U CC PE(max) （5-7） π RL 2 U CC 2 I Cm(max) 为电源在一个周期内提供的平均电流。 式中 π RL π
2 U om U CC 0.64U CC ，管耗最大，其最大值为 可求出当 π
2 U PT1(max) 2 0.2Pom π RL
2 2 U CC 0.4Pom 两管总损耗 P 1(max) 2 T π RL
2 CC
（5-5）
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3. 直流电源提供的功率 PE
U om(max) U CC 时，将此参数代入上式，有：
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PT1(U om U CC )
令
U 4π ( ) 0.137Pom RL 4π
2 CC
（5-4）
dPT 1 2VCC U om 0 dU om RL π
• • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 功率放大电路的一般性问题 乙类双电源互补功率放大电路 甲乙类互补功率放大电路 集成功放
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5.1 功率放大电路的一般性问题
功率放大电路一般在多级放大电路的输出级，主要作用是在不失真或 轻微失真的前提下，尽可能地对功率进行放大，以推动负载如扬声器发声、 电机旋转、继电器动作、指示仪表偏转等。
0
I cm
t
0 0
B
U CC U CC
u CE1
Uopp=2(UCC – UCES)
T2通
U CES U cem
T1通
t
U ce m(max)
uCE 2
Q
U CC
0
t 2
iC 2
iC 2
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5.2.2 功率参数分析
1. 输出功率 Po
由图5-2、图5-3可知， I L I c
第5章 功率放大电路
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基本要求
• 了解功率放大电路的特殊问题——效率和失 真的问题和解决这类问题的方法； • 掌握乙类功放的工作原理和功率参数计算及 存在的问题以及甲乙类功放电路的构成； • 了解集成功放及其应用。
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主要内容
π
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3．低频功率放大器的特点 1) 要有尽可能大的输出功率； 2) 效率要高； 3) 非线性失真要小； 4) 考虑放大器件的安全，要加装散热和保护装； 5) 放大器件在大信号条件下工作，采用图解法 分析。
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5.1.2 提高功率放大电路效率的主要途径
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1．工作状态分类
根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。
(1) 甲类放大电路
静态工作 点位置
特点
a. 静态功耗大
iC
iC1
集电极电 流波形
PC UCEQ I CQ
b. 能量转换效率低
QA
ICQ
2=2 2 ωt
0
c. 放大管的导通角θ
=π
uCE 0
5.1.1对功率放大电路的基本要求 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的放大电路。 为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。