5功率放大电路要点

主讲：宋文妙
PV =Po PT
2VCCVom RL
当 Vom VCC 时 4.效率
Pห้องสมุดไป่ตู้m
2 VCC 2 RL
Po Vom = PV 4 VCC
最高效率max： Vom VCC ， max 78.5 % 4
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三、功率BJT的选择
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二、甲乙类单电源互补对称电路
1、基本原理
•单电源供电；
R8 T1 R1 T3 R2 RW vi R6 T4 R5 T2 VP
主讲：宋文妙
+VCC
•输出加有大电容。
（1）静态偏置
C
vo
调整RW阻值的大小，
可使
1 VP VCC 2
RL
此时电容上电压
1 VC VCC 2
模拟电子—功率放大电路
模拟电子—功率放大电路
主讲：宋文妙
作业
5.2.2 5.2.3 5.3.1 5.3.3 5.3.5
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1.输出功率Po
主讲：宋文妙
Po =Vo Io
Vom
Vom 2 2 2 RL 2 RL Vom
最大不失真输出功率Pomax
Pom
(VCC VCES )2 VCC2 2 RL 2 RL
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2.管耗PT 一个管子的管耗
vo 1 π PT1 = (VCC vo ) d( t ) 0 2π RL

最大管耗： PT1max
1 VCC 0.2 Pom RL
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2. 功率BJT的选择 （1） PCM PT1max ≈0.2Pom (2) ic1 VCC T1
主讲：宋文妙
V( BR )CEO 2VCC
vi
vo
T2 RL ic2 -VCC iL
(3) 最大集电极电流ICM>VCC/RL。
vo
iL
T1导通，T2截止 iL= ic1 ;
ic2
-VCC
vi 0V T1截止，T2导通 iL=ic2 T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
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二、分析计算（设vi为正弦波）
iC1
主讲：宋文妙
Q
VCES
VCES
VCC
vCE
Vom
iC2
负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCES
vi
主讲：宋文妙
+VCC
T1
VCE2 VBE2
R1 R2 R2
T3
R1 T4
合理选择R1、R2，b3、b5间可 得到 VBE2 任意倍的电压。 T3、T4、T5、T6： 复合管构成互补对称功放 输出级中的T4、T6均为NPN型 晶体管，两者特性容易对称。
T2
R2 T5 R3 T6 RL
vo
-VCC
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主讲：宋文妙
5.1
功率放大电路的一般问题
5.2
5.3
乙类双电源互补对称功率放大电路
甲乙类互补对称功率放大电路
模拟电子—功率放大电路
主讲：宋文妙
什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，
往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动 作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。 能输出较大功率的放大器称为功率放大器
主讲：宋文妙
iC
IC Q
Q3 VCC
vCE
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主讲：宋文妙
5.2
一、电路组成
乙类互补对称功率放大电路
ic1 VCC
T1 vi T2 RL
互补对称：电路中采用两个晶 体管：NPN、PNP各一支； 两管特性一致，组成互补对 称式射极输出器。
静态时： vi = 0V ic1、ic2均=0（乙类） vo = 0V 动态时： vi > 0V
1.最大管耗和最大输出功率的关系
主讲：宋文妙
问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？
1 VCCVom Vom 管耗： PT1 = ( ) RL 4
用PT1对Vom求导，并令导数=0，得出：
2
dPT 1 1 VCC Vom ( )0 dVom RL 2
2
即：Vom
2VCC
vi
T1
D1
D2
ic1
vo T2 iL
RL
动态时：
设 vi 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步 提高，进入良好的导通状态； 负半周T1截止，T2 基极电位 进一步降低，进入良好的导 通状态。
Rc3
ic2
- VCC
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带复合管的OCL互补输出功放电路： T1：电压推动级（前置级） T2、R1、R2：VBE扩大电路
2. 带自举电路的单电源功放
C1、R7为自举电路
1 VP VCC 2 C1充电后，其两端有 一固定电压 动态时
R7
主讲：宋文妙
静态时
R8
C1 R1 T3 R2 RW vi R6
+ VCC T1 VP C v0
由于C1很大，两端电 压基本不变，使C1上 端电位随输出电压升 高而升高。保证输出
T2
T4
主讲：宋文妙
（1）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。
Po Vo Io
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主讲：宋文妙
（2）效率要高：所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供
给的直流功率的比值。它代表了电路将电源直流能量转换为输出交流 能量的能力.
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3. BJT的几种工作状态
主讲：宋文妙
甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。
iC
IC Q
Q1
VCEQ
vCE
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乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内导通。 iC
主讲：宋文妙
IC Q
VCC vCE
Q2
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甲乙类：介于两者之间，导通角大于180°
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主讲：宋文妙
5.3
甲乙类互补对称功率放大电路
VCC T1
乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真 vi ic1
t
vo
交越失真
vi
vo
T2 RL
ic2 iL
t
-VCC
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一、甲乙类双电源互补对称电路
+VCC
Re3
主讲：宋文妙
静态时:
T1、T2两管发射结电压分别为 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——甲乙类工作状态。
（2）动态分析 vi负半周时， T1导通、T2截止； vi正半周时， T1截止、T2导通。 （电容起到了负 电源的作用）
RW vi T4 R8
主讲：宋文妙
+VCC
T1 R1 T3 R2 T2
VP
C
vo
RL
R6
R5
此电路存在的问题： 输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。
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Po η PV
Po: 负载上得到的交流信号功率。
PV ：电源提供的直流功率。
（3）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，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。
（4）散热要好：在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子
的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使 管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。
主讲：宋文妙
Vomsin t 1 π (VCC Vomsin t ) d( t ) 0 2π RL
1 VCCVom Vom 2 ( ) RL 4
两管管耗：
PT =2PT1
2 VCCVom Vom 2 ( ) RL 4
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3.直流电源供给的功率PV
例： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
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5.1
功率放大电路的一般问题
1.功率放大电路与电压放大电路的区别 (1).本质相同 电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。
功率放大电路: 主要输出较大的功率。 但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电 流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量 转换电路。 (2).任务不同 电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的
功 率并不一定大。在小信号状态下工作. 功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输 出功率。在大信号状态下工作。
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(3).指标不同 电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗. 功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。
(4).研究方法不同 电压放大电路：图解法、微变等效电路法 功率放大电路：图解法。 2.功率放大电路的特殊问题
R5
RL
幅度达到VCC/2。
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主讲：宋文妙
本章小结
1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输 出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功 率和效率。 2．为了提高效率，在功率放大器中， BJT常工作在乙类和甲 乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放 大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。 3．互补对称功率放大器的几种主要结构： OCL（双电源）——乙类、甲乙类。 OTL（单电源）——乙类、甲乙类。 4．随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上 的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现， 也给功率放大器的发展带来了新的生机。