第八章 功率放大器要点
详解功率放大器
详解功率放大器功率放大器是以输出功率为主要指标的放大器，它不仅要有足够的输出电压，而且要有较大的输出电流。
功率放大器工作于大信号状态，可分为甲类功率放大器、乙类功率放大器、甲乙类功率放大器等。
功率放大器的主要功能和作用是对输入信号进行功率放大，以驱动扬声器、继电器、电动机等负载。
功率放大器是收音机、电视机、扩音机等音响设备电路中必不可少的重要组成部分，在控制和驱动电路中也有广泛的应用。
1.单管功率放大器单管功率放大器是最简单的功率放大器，如图6-21所示。
VT为晶体管，偏置电阻R1、R2和发射极电阻R3为VT建立起稳定的工作点。
T1、T2分别为输入、输出变压器，用于信号耦合、阻抗匹配和传送功率。
C1、C2是旁路电容，为信号电压提供交流通路。
图6-21 单管功率放大器电路单管功率放大器电路的工作过程是：输入交流信号电压Ui1接在输入变压器T1一次侧，在T1二次侧得到耦合电压Ui2。
Ui2叠加于VT基极的直流偏置电压(即工作点)之上，使VT的基极电压随输入信号电压发生变化。
由于晶体管的放大作用，VT集电极电流Ic亦作相应的变化，再经输出变压器T2隔离直流，将交流输出电流Io传递给扬声器BL。
电路各点波形如图6-22所示。
图6-22 单管功率放大器波形单管功率放大器都工作于甲类状态，其主要优点是电路简单，主要缺点是效率较低，因此一般只用作较小功率的放大器，或用作大功率放大器的推动级。
2.双管推挽功率放大器双管推挽功率放大器采用2只功率放大管，分别放大正、负半周的信号，较大地提高了放大器的效率。
根据晶体管的静态工作点是否为0，双管推挽功率放大器分为乙类推挽功率放大器和甲乙类推挽功率放大器。
(1)乙类推挽功率放大器图6-23所示为乙类推挽功率放大器电路，它是由2个相同的晶体管VT1、VT2组成的对称电路。
输入变压器T1的二次侧为中心抽头式对称输出，分别为VT1、VT2基极提供大小相等、相位相反的输入信号电压。
功率放大器
在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载（2）利用模拟功率放大器进行模拟信号放大，如A类、B类和AB类放大器。
从1980年代早期，许多研究者致力于开发不同类型的数字放大器，这种放大器直接从数字语音数据实现功率放大而不需要进行模拟转换，这样的放大器通常称作数字功率放大器或者D类放大器。
1．A（甲）类放大器A类放大器的主要特点是：放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均导通。
放大器可单管工作，也可以推挽工作。
由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。
电路简单，调试方便。
但效率较低，晶体管功耗大，效率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。
由于效率比较低，现在设计基本上不再使用。
2．B（乙）类放大器B类放大器的主要特点是：放大器的静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。
在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示)，所以必须用两管推挽工作。
其特点是效率较高(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。
即当信号在-0.6V~ 0.6V 之间时，Q1、Q2都无法导通而引起的。
所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。
3．AB（甲乙）类放大器AB类放大器的主要特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。
可以避免交越失真。
交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。
有效率较高，晶体管功耗较小的特点。
4．D类放大器D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。
具有效率高的突出优点。
数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。
功率放大器ppt
四、讨论 1、甲类放大时，静态电流大，因此
效率也就低，约在30%左右。 2、乙类放大时，静态功耗等于0，因
此效率高，约在78%左右。 3、OCL的功率是OTL的4倍，但需要
两套电源。
五、注意 由于共集电极电路只能放大
乙类放大：三极管180°导电。功率放大电路必须考虑效率
问题。静态电流是造成管耗的主要原因。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工作状态。一周 期内只有半个周期iC＞0。没有输入信号时，信号输出功率为 零，电源供给的功率为零，管耗为零。信号增大，电源供给 的功率增大，输出功率增大。但输出出现了严重的失真。
4、直流电源VCC消耗的功率PV PV等于VCC与半个周期内三极管集电极电流平
均值的乘积。
P VV C C 1 0IcS m itn (d t)2 V C C Icm
由于：
Icm V ce /R m L (V C C V c) e/R sL
所以：
PV2VCC (V R CL C Uce)s2V R C 2LC
由R和VD1、VD2在 两个三极管的基极上产生 一个偏压，使VT1和VT2 微微导通。所以uI=0时， VT1 和VT2 有一个小小的集 流。但是，iL=0。
⑵ 当vI为正半周时： ic1逐渐增大，VT1在 放大区工作， ic2逐渐减 小，VT2进入截止区。
⑶ 当vI为负半周时： ic2逐渐增大，VT2在 放大区工作， ic1逐渐减 小，VT1进入截止区。
到78.5%，在静态时，ic1 、ic2 为0，
即：静态功耗为0。
缺点 在输入信号为 0 附近的区域内， VT1 和VT2 都不导通，因此会出现 交越失真。所以上电路若不改进， 则没有实用的价值。
功率放大器(功放)知识讲解
功放基本知识：功放俗称“扩音机”他的作用就是把来自音源或前级放大器的弱信号放大，推动音箱放声。
一套良好的音响系统功放的作用功不可没。
功放是音响系统中最基本的设备，它的任务是把来自信号源（专业音响系统中则是来自调音台）的微弱电信号进行放大以驱动扬声器发出声音。
功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。
由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
分类：按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类.功放（又称D类）。
甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。
甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。
单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。
乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。
乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。
甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。
甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。
丁类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高，体积小的优点。
许多功率高达1000W的丁类放大器，体积只不过像VHS录像带那么大。
这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中有较多的应用。
按功放输出级放大元件的数量，可以分为单端放大器和推挽放大器。
单端放大器的输出级由一只放大元件（或多只元件但并联成一组）完成对信号正负两个半周的放大。
模电第08章功率放大器(康华光)
Po (5) 效率 : = PV
（1-22）
2
5.缺点:不易调整Q点(VBE)
6. 电路的改进
O
iC
O
VCE
t
——晶体管导通的时 间大于半个周期,导通 角>180º 静态IC 0,管 , 耗较小效率较高,不失 真,一般功放常采用。
4.丙类工作状态——导通角小于180°
（1-4）
§8.2 甲类功率放大器实例
一. 共射极放大器
Rb R b1
ui vi
– vo +
+V +VCC CC
交流通路
+ vi –
若忽略VCES
: Pom 1 VCQ I CQ 1 VCC VCC 2 2 2 2 RL
=PVC静
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(2)动态时电源提供的平均功率PVC
1 PVC 2
2
0
1 VCC iC d ( t ) 2
2
0
VCC ( I CQ I Cm sin t )d t =ICQ· CC V
2 (VCC VCES ) VCC PVC VCC 2 RL 2 RL
VCC VCES 当Q在中点时: I CQ 2 RL (3)电路的效率 定义: = Po/PVC 电路的最高效率: m=Pom/PVC 0.25
(4)甲类功率放大器的优缺点 优点:信号不失真。 缺点:静态功率大,输出功率小,效率低。
第八章 功率放大电路
+Vcc
T1
iL RL T2
uo
t
vo t 失真
-Vcc
输入信号 vi在过零前后，输出 信号出现的失真。
8.4 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题
vi很小时,在正、负半周交替过 零处会出现非线性失真，这 个失真称为交越失真。
8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路
2
P o Vo I
Vom (VCC VCES ) 2 最大不失真功率为： Pomax 2R L 2R L 2 理想最大输出功率为： oM VCC (Vom VCC 略VCES ) P 2R L
2．三极管的管耗PT
1 π PT1 = 0 vCE iCd( t ) 2π
+Vcc T1
偏置电压/V 0.60
为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。
谐波失真度
THD /% 1.22 0.244
ICQ/mA
0.048 0.33
+
Vi -
RL
+ vo -
0.65
0.70
0.75
2.20
13.3
0.0068
0.0028
T2
-Vcc
VCE4=VBE4(R1+R2)/R2
当Vom = VCC 时，η
max=π
2
/4 =78.5％。
8.3.3 功率BJT的选择
1．最大管耗和最大输出功率的关系
1 VCCVom Vom PT 1 ( ) RL 4
2
问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？
用PT1对Vom求导得出： PT1max发生在Vom=2VCC/=0. 64VCC处 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:
电工学第八章功率放大器
iL RL
vo
ic2
T2
-VCC
T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方 式，称为乙类放大。
互补对称功放电路图解分析
iC1
vi正半周时T1 的工作情况
I cm
0 VCES
V cem
iC1
Q
v V CC CE 1
vi整个周期 内T1 、 T2
I cm
Q
的工作情
0 V VCES
−
B2间便可得到 VBE 任意倍数的
B2
电压。以满足不同电路克服交
越失真的需要。
8.4.2 甲乙类单电源互补对称功放电路
（OTL电路）
一、特点
1. 单电源供电；
+VCC T1
2. 输出加有大电容。
二、静态分析
0.5VCC
E + V- C
vi A
C
设：前一级放大电路的 输出使VA=VCC/2
RL UL
1. 电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。
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。
R1 D1 vi D2 R2
+VCC T1
VL iL T2 RL
-VCC
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 步提高，进入良好的导通 状态。从而克服死区电压 的影响，去掉交越失真。
了解其它功放电路的特点，了解功放管的选择方法。
电子技术基础 模拟电路部分
第五章
结束
汇报结束
模电各章节主要知识点总结
2.动态分析方法：
采用小信号模型，即微变等效电路。
rbe rbb '(1 )(re re ')
rbb
'(1
)
VT IE
VT 26mV（常温）
一般情况下，取 rbb' 200
解题思路是：先画出交流通路，再将三极管的简化模型替代 三极管进行分析计算。做熟练以后，若没要求画微变等效电路， 就可以不画。提醒：有射极电阻的情况下，要看有没有旁路电容！
VCC I B RB VBE
VCC IC RC I E RE VCE
得到：I B
VCC VBE RB
,
IC
I（B 放大状态才有）
VCE VCC （- IC RC IE RE）
此题的解题思路是，先求出基极电位，
VB VE I E IC VCE
VB
Rb Rb1
X i (-) X f
串联负反馈
X i (+) (+) X f
串联反馈Xi，Xf，Xid都是什么量？
（通过什么量（电压还是电流）进行比较）
并联反馈又如何？
三、输出端取样示例（假想负载短路法）
下图是常见输出端的连接方式，务必掌握！
电压反馈
电流反馈
电压反馈
电流反馈
***一定要看输出在哪里，负载怎么接的
1、K1、K3闭合，K2断开； 2、K2、K3闭合，K1断开； 3、K1、K2闭合，K3断开； 4、K1、K2、K3闭合。
解题提示：各种情况 若看的不清楚，按照 每个条件，分别画出 符合条件的图再解。
此题的解题关键就是 虚短和虚断。
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二、功率放大器的特点
１、功率输出要大 电压的电流幅度大，管子接近极限运用
状态
２、效率要高 ３、非线性失真要小 大信号易产生非线性失真。 ４、要考虑散热问题 集电结消耗功率大，管子温度高，要采 取散热措施。 ５、大信号工作要用图解法分析
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输出电压幅度增加一倍，电流也增加一 倍，输出功率约为单功放的四倍。
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五、厚膜集成功率放大器
基板上用小型贴片式分立元件组装 后封装而成 如 ＳＴＫ４６５ ＳＴＫ４１９１ ４１９２ ４１９３．．． 傻瓜 １７５ ２７５ 傻瓜１７５的引线只有输入、输 出、接地、正、负电源
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２、乙类功放：信号只在半个 周期有电流流过三极管。 静态工作点在 IB = 0 处。 静态时，三极管不消耗功率， 效率可达到80％左右。
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３、甲乙类功放：信号的大半个 周期有电流流过三极管。 静态工作点偏低，静态时三极 管消耗的功率较小，效率大于 50 ％ 。
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§8.５集成功率放大器 集成功率放大器是将ＯＴＬ 和ＯＣＬ等电路的主要元件集成 在一块半导体芯片上封装而成， 外接少量元件可构成高性能的功 率放大器。
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一、D810集成功率放大器
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器的工作原理
集成功率放大器等
重点：乙类功率放大器的工作原理
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§8.1 功率放大器的分类和特点
一、功率放大器的分类
１、甲类功放：信号的整个周 期内都有电流流过三极管。 静态工作点位于交流负载线的 中间，静态（无输入信号）时仍然 消耗功率，效率最大只能达到５０ ％。
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二、单声道集成功率放大器 TDA 2030 TDA 1514 LM 1875
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三、双声道集成功率放大器 TDA 1521 TDA 7050 TDA 2822 LA 4101
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四、ＢＴＬ集成功率放大器
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§8.２单管甲类功率放大器
典型电路
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直流负载为０ ，交流负载为RL
RL
最大输出功率
N1 2 ( ) RL N2
1 1 PO (I CQ I CEO )(EC U CES ) I CQEC 2 2
效率
PO 1 (I CQ I CEO )(EC U CES ) 0.5 50% PE 2 I CQEC
电工电子技术 （8 ）
第八章 功率放大器
§8.1 功率放大器的分类和特点 §8.２单管甲类功率放大器 §8.３变压器耦合推挽功率放大器 §8.４互补对称功率放大器 §8.５集成功率放大器
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第八章
和分析方法
功率放大器
甲类和乙类功率放大
内容提要：功率放大器的特点
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§8.３变压器耦合推挽功率放大器
一、电路工作原理
乙类推挽， T1、 T2 轮流工作。
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输入变压器──倒相 输出变压器──信号合成 在输入信号的正半周时， T1 导通， T2 截止，放大输出正半周 信号。 在输入信号的负半周时， T1 截止，T2 导通，放大输出负半周 信号。
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二、电路的优缺点
１、电路效率较高，功耗较小， 静态功耗近似为零。 ２、变压器有损耗，体积大， 笨重，频带窄，不适于制作集成电 路。
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§8.４互补对称功率放大器 甲乙类互补对称电路（ＯTＬ电路）
Ｔ2 Ｔ3 为ＮＰＮ型和ＰＮＰ型互补管
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输出特性曲线--- 合成曲线
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甲乙类互补对称电路
（ＯCＬ电路）
交越失真
I Cm EC 1 PO I CmEC 2 2 2
PO 78.5% PE
单电源供电