功率放大器

VCC
T1
Po
PD
PC
η
解：
(1) 电路最大输出功率为：
Po max
1 VCC = 2 RL
2
+ vi
−
T2
RL 8Ω
+ vo
−
1 12 = × = 9W 2 8
2
− VCC
此时电源供给的功率为： 2(VCC ) 2 12 2 PD = = =11 .46 W πRL 4π 两管的管耗为：
PC = PD − Pom = 11.46 − 9 = 2.46W
VBE 4 VBE 2 V BE 3
VCE 4
T2
VBE 4 = ( R1 + R2 ) R2
R1
B T1 vi
−VCC
T3
RL
vo
这样只要调节电阻R1、R2的比值， 就可以改变T2、T3的偏压值。这在 集成电路中是经常用到的。
三、达林顿管
(1 + β1 )ib ib
T1
β1ib
T2
β = β1β 2
+ VCC T1 +
V vi + CC 2
+ T2 RL vo −
−
（1）POM=0.25W；PD=0.382W；η=65.4% （2）PO=0.16W；PD=0.306W；η=52.3%
作业：
8.2.1 8.2.3
8.3 甲乙类功率放大器电路
一、交叉失真
当输入信号|vi|小于三极管的门坎电压， T1、T2均截止，负载电阻上既无电流也无 电压，输出波形在正负半周交界处产生非 线性失真，称为交叉失真。
因为功率放大器是在大信号状态下工作，所以我们不能用小信号等 效电路来分析电路，只能采用图解法。
1、静态分析
I BQ
RB 2 VCC − VBEQ R + RB 2 = B1 ( β + 1) RE
iC
RB1
+ VCC
iB = I BQ
VCEQ = VCC − I EQ RE ≈ VCC
RB 2
VCC
功率 三角 形
ξ=
VCC
：集电极电压利用系数
(2) 最大输出功率
当Vcm = VCC − VCES ≈ VCC时，输出功率最大：
2 1 VCC ξ = 1 PO max = 2 R L & ≈ 1，所以有 V ≈ V ≈ V 由于射极输出器 A V im cm CC
讨论:
RL过小，可 以获得大输 出电流，但 输出电压小 RL过大，可 以获得大输 出电压，但 输出电流小 • 为了获得最大输出功率，应适当选择负载电阻RL， 必要时输出端可接变压器以实现阻抗匹配。
主要内容:
1 2 功率放大的特点和分析方法 甲类功率放大电路
3△ 乙类互补功率放大电路 4△ 甲乙类互补功率放大电路
概述
一、特点：
1、功放管处于大信号工作状态，甚至接近极限运用状态， 因此对电路的分析应采用图解法； 2、要求输出功率尽可能大；效率要求高
负载得到的有用信号功 率 效率 = 电源供给的直流功率
iC1
vi
−VCC
VCES −V CC
VCC vCE1
ic
I cm
VCC RL
RL
π
ωt
VCES
ic2
vCE 2
π
2π
I cm
io
I om
V − CC RL
π
2π
Vcm
vo
ωt
Vcm
Vom Vcm
ωt
3、参数计算
(1) 输出功率 Vom I om Po = Vo I o = 2 2 1 = I omVom 2
RE
2VCC
vCE
2、动态分析
过Q点作交流负载线
输出功率：
1 V I Po = Vo I o = cm cm = Vcm I cm 2 2 2
iC
2 I CQ
最大输出功率：
最大时，Q点为交流负载线的中点
I cm
I CQ
VCC
iB = I BQ
2VCC
PoMax
1 1V = I CQVCC = 2 R 2
静态时没有电流流过负载
动态分析
+VCC
IR
假如信号vi后：
v A = vB
功率放大级的两个推挽管的输入信号完全相同
VBE 2
当输入信号处于负半周时：
RL v o
vi
V BE 3
ωt
vi
−VCC
T2管导通，T3管截止 正半周时： T3管导通，T2管截止
−
+VCC
1 RL
I cm
IR
iC 1
I CQ1
PC = 8.14 − 4.54 = 3.6W Po η= = 55.8% PD
例:功率放大电路如图所示，已知V
CC=12V，两个三极管的饱和管压降相等，
均为VCES=1V，负载RL=50Ω，vi为正弦信号。 （1）求最大不失真输出时，电路的最大输出功率POM、电源提供的功率及效率η ； （2）当vi=4sinωt（mV）时，求电路的输出功率PO、电源提供的功率及效率η。
vi
iL
RL
VCEQ 1 = VCC VCEQ 2 = −VCC
−VCC
2、动态分析：
VCC RL − 1 RL
v CE
I cm
vi
ωt
−2VCC
π
2π
ωt
π
VCC 2VCC vCE1
2π
ωt
Vcm−V
iC 2
vCEπ 2
vo
Vcm
CC
2π ωt
0 π
ωt
2π
−
1 RL
−
VCC RL
+VCC
2、动态分析：
最高效率为：
ξ = 1 ηmax
π = = 78.5% 4
4、选择功放管
(1) 最大管耗和最大输出功率的关系
2 ξ2 ξ2 1 2 VCC 2 PC 1 = ( PD − Po ) = ( ξ − ) = PoMax ( ξ − ) π 2 2 2 2 RL π 2 对 ξ 求导 dPC 1 = 0 得： 2 − ξ = 0 ξ = = 0.636 dξ π π
PD
Po max = PD
三、分类
按照晶体管在信号的一个周期内导通情况分类 1、甲类功放： 在一个信号周期内都有电流流 过晶体管 o 管子的导通角为360 静态电流大于0，管耗大，效率低<50% 2、乙类功放： 管子只有半个周期内导通 o 管子的导通角为180 静态电流等于0，效率高<78.5% 3、甲乙类功放： 管子的导通时间大于半个周期但是小于一 个周期，比半个周期稍多些 4、丙类功放：管子导通时间小于半个周期
vi +
VCC v i = 0时，V A = , I CQ 1 = I CQ 2 , i L = 0 2
当输入信号处于正半周时：
+V
−
CC
2
T2
RL
+ vo
−
T1管导通，T2管截止,负载有电流， 且同时向电容C充电
负半周时：
T2管导通，T1管截止，已充电的电 容C通过负载放电 条件：时间常数RLC要足够大
C
CQ
CQ
iB = I BQ
2VCC
CC
vCE
最高效率为： ηmax
PO max = PD
1 I CQVCC = 2 I CQVCC
= 50%
Vcm
iC
3、选择功放管
I CM
1 PO max < PCM 2 PO max < 1 I CMVBRCEO 8
I CM > 2 I CQ VBRCEO > 2VCC PCM > I CQVCC
等效于一个PNP管
β1ib ib (1 + β1 )ib
等效于一个NPN管
β 2 (1 + β1 )ib
V BE 3
vi
−VCC
2、工作原理
+VCC
IR
静态时：
VBE 2 + VBE 3 = VBE 4 + VBE 5 > 0
VBE 2
∴ | I BQ 2 |=| I BQ 3 |> 0
RL v o
C
V BE 3
| I CQ 2 |=| I CQ 3 |> 0
vi
−VCC
VC = 0 iL = 0 vo = 0
2 CC ' L
vCE
Vcm
（忽略晶体管输出特性的饱和压降）
电源供给的功率PD：
静态时
PD = I CQVCC
1 2π 动态时 PD = VCC ( I CQ + I cm sin ωt )dωt ∫ 2π 0 i = I CQVCC 2I 1 I cm 效率： I V I cm cm PO η= = 2 I CQVCC PD V
效率为：
Pom 9 η= = = 78.5% PD 11.46
（2）因为： 所以：
Pom
2 VCC = 2 RL
VCC = 2 RL Pom = 2 × 8 × 36V = 24V
(3)
Vom Vim 6 2 ξ= = = = 0.71 VCC VCC 12
Po = ξ Pom = 4.54W
2
4 PD = ξPo max = 8.14W π
3、要求非线性失真小 4、管子的散热和保护问题不可忽视。
二、功率放大器的指标