第9章功率放大电路
电工学(少学时)唐介第9章 基本放大电路
9.2 放大电路的工作原理 9.3 放大电路的静态分析 9.4 放大电路的动态分析 9.5 双极型晶体管基本放大电路
9.8 多级放大电路 9.9 差分放大电路
教学要求：
第9章 基本放大电路
1. 理解共射极单管放大电路的基本结构和工作原理。 2. 掌握静态工作点的估算和动态微变等效电路的分析方法。 了解输入电阻、输出电阻的概念。了解放大电路的频率特性。 3. 要很好理解共射放大电路、共集放大电路的特点。 4. 了解多级放大的概念。掌握阻容耦合放大电路的静态和动 态方法。了解直接耦合放大电路中的零点漂移现象。 5. 了解差动放大电路的工作原理，了解差模信号和共模信号 的概念。 重点：单管放大电路的基本结构和工作原理，共射放大电路、 共集放大电路静态和动态分析方法。直接耦合放大电路中的零 点漂移现象。 难点：放大电路的工作原理及静态和动态分析方法。
例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。
+UCC RB IB RC + + TUCE UBE – – IC
由KVL可得：
U CC I B RB U BE I E RE I B RB UBE (1 β ) I B RE
U CC U BE IB RB (1 β ) RE
+ + TUCE UBE – – IE
–
直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE )
对交流信号(有输入信号ui时的交流分量) XC 0，C 可看作 C2 对地短路 RB 短路。忽略电源的内 + iC + 阻，电源的端电压恒 C1 iB + 定，直流电源对交流 T uCE 短路 + + + 可看作短路。 RS 短路 uBE – RL uo – ui + – iE 交流通路 u
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。
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
第九章 功率放大电路
(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
第九章 功率放大电路
工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们都出现了严重的波形失 真。 因此， 既要保持静态时管耗小， 又要使失真不 太严重， 这就需要在电路结构上采取措施， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
第九章 功率放大电路
9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
第九章 功率放大电路
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
(9.2.13)
第九章 功率放大电路
得出， 当 U o = π U CC 时， 每管的损耗最大， 即
2 1 U CC 2 1 2 1 U CC ⋅ U CC − ( U CC ) 2 ] = 2 PCm = [ RL π π 4 π π RL
第9章 基本放大电路
- 43 -第9章 基本放大电路放大是模拟电路最重要的一种功能。
本章所要介绍的基本放大电路几乎是所有模拟集成电路的基本单元。
工程上的各类放大电路都是由若干基本放大电路组合而成的，其中第一级称为输入级，最后一级称为输出级，其余各级为中间级。
9.1 放大电路的工作原理放大电路或称为放大器，其作用是把微弱的电信号、电压、电流、功率放大到所需要的量级，而且输出信号的功率要比输入信号的功率大，输出信号的波形要与输入信号的波形相同。
现以晶体管共射极接法的电路为例来说明放大电路的工作原理。
输入信号按波形不同可分为直流信号与交流信号两种。
由于正弦信号是一种基本信号，在对电路进行性能分析与测试时，常以它作为输入信号。
因此，也以正弦信号作为输入信号来说明放大电路的工作原理。
在输入端与输出端分别接有电容C 1、C 2，它们起着传递信号，隔离直流的作用，电容C 1、C 2称为输入和输出耦合电容或隔直电容。
由于耦合作用要求电容的容抗值很小，一般为几微法至几百微法，因而需要采用有极性的电解电容器。
输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态称为静态。
这时U CC 提供了直流偏置电流。
由于电容的隔直作用，输入端和输出端不会有电压与电流。
可见，静态时，除了输入端与输出端外，晶体管各极电压与电流都是直流，其波形如图9-1各波形中的虚线所示。
输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态称为动态。
交流输入信号u i 通过C 1耦合到晶体管的发射结两端，使发射结电压u BE 以静态值U BE 为基准上下波动，但方向不变，即u BE 始终大于零，发射结保持正向偏置，晶体管始终处于放大状态。
这时的发射结电压u BE ＝U BE ＋u be 。
忽略C 1上的交流电压降，则u be ＝u i 。
发射结电压的变化会引起各极电流的相应变化，而且它们都会有一个静态直流分量和一个交流信号分量，其波形如图9-1所示。
i C 的变化引起R C i C 的相应变化。
9-功率放大电路
OTL电路：单电源供电，低频特性差。 Uom (VCC
2) U CES 2
OCL电路：双电源供电，低频特性好。Uom
VCC
UCES 2
BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。
U om
VCC 2UCES 2
集成功率放大电路
种类：OTL、OCL、BTL 电路结构：双极型电路、双极型与单极型混合电路（VMOS管广泛应用）
T2、T5的极限参数：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。
3. D1短路； 影响消除交越失真 4. D1断路； 功放管将烧坏 5. T1集电极开路。 输出波形正负半周不对称
功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！
晶体管的工作方式
1. 甲类方式
晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
2. 乙类方式
晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态
3. 甲乙类方式
晶体管在信号的多半个周期处于导通状态
4. 为了获得更大的输出功率和更高的效率，还有丙类、丁类功放
功率放大电路的种类
1. 变压器耦合功率放大电路：传统功放，应用至今 2. OTL 电路 (Output Trasfomerless)：无变压器，有大电容 3. OCL电路 (Output Capacitorless)：无大电容，但双电源供电 4. BTL 电路( Balanced Transformerless)：单电源供电，管子多
只有C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路，uo ≈ ui 。 OTL电路低频特性差。 若要低频特性好，则需改变耦合方式：阻容耦合→直接耦合。
OCL电路(Output Capacitorless) 和BTL 电路( Balanced Transformerless)
模拟电子技术答案 第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路自测题一、选择合适的答案填入括号内。
(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可获得的最大( A )。
A.交流功率B.直流功率C.平均功率(2)功率放大电路的转换效率是指( B )。
A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比；B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比；C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比。
(3) 在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有( BDE )。
A ．βB ．I CMC ．I CBOD ．U CEOE ．P CMF ．f T(4) 若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为CES U ，则最大输出功率P OM =( C )。
A.2()2CC CES LV U R - B.21()2CC CES L V U R - C.21()22CC CES L V U R -图T9.1 图T9.2二、电路如图T9.2 所示，已知T l 和T 2的饱和管压降2CES U V =，直流功耗可忽略不计。
回答下列问题：(1)R 3、R 4 和T 3的作用是什么？(2)负载上可能获得的最大输出功率P om 和电路的转换效率η各为多少？(3)设最大输入电压的有效值为1V 。
为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V ，电阻R 6至少应取多少千欧？解：(1)消除交越失真。
(2)最大输出功率和效率分别为：2()162CC CES omLV U P W R -==, 69.8%4CC CES CC V U V πη-=⋅≈ (3)由题意知，电压放大倍数为：61111.3u R A R =+≥== ∴61(11.31)10.3R R k ≥-=Ω习题9.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。
(1)在功率放大电路中，输出功率越大，功放管的功耗越大。
( × )(2)功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。
模电第四版习题解答
模电第四版习题解答 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020模拟电子技术基础第四版清华大学电子学教研组编童诗白华成英主编自测题与习题解答目录第1章常用半导体器件‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3第2章基本放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14 第3章多级放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 第4章集成运算放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥41 第5章放大电路的频率响应‥‥‥‥‥‥‥‥50 第6章放大电路中的反馈‥‥‥‥‥‥‥‥‥60 第7章信号的运算和处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥74 第8章波形的发生和信号的转换‥‥‥‥‥‥90 第9章功率放大电路‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥114 第10章直流电源‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥126第1章常用半导体器件自测题一、判断下列说法是否正确，用“×”和“√”表示判断结果填入空内。
(1)在N 型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P 型半导体。
( √ )(2)因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
( ×)(3)PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
( √ )(4)处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
( ×)(5)结型场效应管外加的栅一源电压应使栅一源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R大的特点。
( √)GSU大于零，则其输入电阻会明显变小。
(6)若耗尽型N 沟道MOS 管的GS( ×)二、选择正确答案填入空内。
(l) PN 结加正向电压时，空间电荷区将 A 。
A.变窄B.基本不变C.变宽(2)稳压管的稳压区是其工作在 C 。
A.正向导通B.反向截止C.反向击穿(3)当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 B 。
A.前者反偏、后者也反偏B.前者正偏、后者反偏C.前者正偏、后者也正偏(4) U GS=0V时，能够工作在恒流区的场效应管有 A 、C 。
第9章 功率放大电路
出波形不可避免地产生一定的非线性失真。在实际的功率放大
电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。 4、分析估算采用图解法 由于功放中的晶体管工作在大信号状态，因此分析电路时， 不能用微变等效电路分析方法，可采用图解法对其输出功率和 效率等指标作粗略估算。
第9章 功率放大电路
5、功放中晶体管的保护及散热问题
•按照放大信号的频率，分为低频功放和高频功放。前者用于 放大音频范围（几十赫兹到几十千赫兹）的信号，后者用于放 大射频范围（几百千赫兹到几十兆赫兹）的信号。本课程仅介 绍低频功放。
第9章 功率放大电路
四、提高输出功率的方法
1. 提高电源电压 2. 改善器件的散热条件 普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗 散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则 输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片
第9章 功率放大电路
二、变压器耦合功率放大电路
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC
，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
RL (
N1 2 ) RL N2
则可作出交流负载线
第9章 功率放大电路
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
I CQ VCC 1 P0 m I CQVCC 2 2 2
即三角形QAB的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
第9章 功率放大电路
实用的变压器功率放大电路
希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号 愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也 随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替 导通 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“推 挽”工作方式。 图9.1.3变压器耦合乙类推挽功率放大电路
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
4
4
第9章 功率放大电路
iC
（a） ωt
iC
（b） ωt
iC
（c） ωt
图9.1 功率放大电路的三种工作状态 （a）甲类 （b）甲乙类 （c）乙类
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
5
5
第9章 功率放大电路
二、 功率放大电路提高效率的主要途径
怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出 功率呢？从甲类放大电路中知道，静态电流是造成管耗的主要 因素。如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输 出的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也 随之增大，这样电源提供给功率及管耗都随着输出功率的大小 而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。利用图（b）、 （c）所示工作情况，就可实现上述设想。在图（b）中，有半 个周期以上iC＞0；图（c）中，一周期内只有半个周期iC＞0， 它们分别称为甲乙类和乙类放大。甲乙类和乙类放大主要用于 功率放大电路中。
第9章 功率放大电路
9.1 放大的主要特点
功率放大电路与电压放大电路不同，它主要 要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率， 通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大电路 包含着一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊 问题。
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
1
1
第9章 功率放大电路
一、功率放大电路主要特点
图9.1 功率放大电路的三种工作状态 （a）甲类 （b）甲乙类 （c）乙类
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
7
7
第9章 功率放大电路
9.2 互补对称功放放大电路
工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利 于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号 的半个波形被削掉了。如果用两个管子，使之都 工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，而 另一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都 能加到负载上，从而在负载上得到一个完整的波 形，这样就能解决效率与失真的矛盾。
+VCC iC1
T1
+
+
T1
+
u-i
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
T2 RL
iC2 －V CC
+
iL u-o
ui
R
-
11
11
3. 分析计算
第9章 功率放大电路
参见图（a），为分析方便起见，假定三极管是理想的，即
只要ui＞0（正半周），T1就开始导电，则在一周期内T1导电时
间约为半周期。T2的工作情况和T1相似，只是在信号的负半周
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
6
6
第9章 功率放大电路
甲乙类和乙类放大，虽
iC
然减小了静态功耗，提高了
效率，但都出现了严重的波 （a）
形失真，因此，既要保持静
iC
ωt
态时管耗小，又要使失真不
太严重，这就需要在电路结 （b）
ωt
构上采取 措施。
iC
提高效率的途径
（c）
改变功放管的工作状态
ωt
选择最佳负载
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
2
2
第9章 功率放大电路
此外，在功率放大电路中，为了输出较大 的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电 流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所 以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
3
3
第9章 功率放大电路
从前面的讨论中可知，在电压放大电路中，输入信号在整 个周期内都有电流流过放大器件，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下图（a）所示，此时iC≥0。 在甲类放大电路中，电源始终不断地输送功率，在没有信号输 入时，这些功率全部消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量 的形式耗散出去。当有信号输入时，其中一部分转化为有用的 输出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。可以证明，即 使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
8
8
第9章 功率放大电路
一 、 OCL 乙 类 互 补 对 称 电 路 ( 即 无 输 出 电 容 器 Output
Capacitorless的缩写）。
1、电路组成：下图（a）所示的互补对称电路。
+VCC iC1
+VCC
－V CC
T1
+
T1
+
T2
+iL u-o
iC2
－V
（a）
CC
+
ui
RL
uo
-
-
（b）
+
ui
RL
uo
-
-
（c）
图9.2 两射极输出器组成的基本互补对称电路 （a）基本互补对称电路 （b）由NPN管组成的射极输出器
（c）由PNP管组成的射极输出器
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
9
9
第9章 功率放大电路
2.工作原理
图（a）所示的互补对称电路中，T1和T2分别为NPN型管和 PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极
导电。显然，允许的iC的最大变化范围为2Icm，uCE的变化范围
为 2 ( VCC－UCE(Sat))=2Ucem=2IcmRL。 如 果 忽 略 管 子 的 饱 和 压 降
UCES，则Ucem=IcmRL≈VCC。
+VCC
iC1
T1 +
+
u-i
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
1．要求输出功率尽可能大。 2．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。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电 源提供的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。
3．非线性失真要小。
功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地产生非 线性失真。
4．晶体管的散热问题。
输入，从射极输出，RL为负载。这个电路可以看成是由图（b）、 （c）两个射极输出器组合而成。考虑到三极管发射结处于正向
偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，T2截止，T1承担放
大任务，有电流通过负载RL；而当信号处于正半周时，T1截止，
由T2承担放大任务，仍有电流通过负载RL。
+VCC
iC1
T1 +
广东水利电力职业技术学院电力系
WXH
+
u-i
T2 RL
+
iL u-o
ui
-
iC2
－V CC
10
10
第9章 功率放大电路
这样，图（a）所示基本互补对称电路实现了在静态时管子 不取电流，而在有信号时，T1和T2轮流导电，组成推挽式电路。 由于两个管子互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路
通 常 称 为 互 补 对 称 电 路 （ 也 称 为 OCL 电 路 ， 即 无 输 出 电 容 器 Output Capacitorless的缩写）。