第九章功率放大电路
模拟电子技术ppt课件
一、主要技术指标 1. 最大输出功率Pom 输出功率 PO ：输入为正弦波且不失真 。
注：交流功率，PO=UOIO POm=UOmIOm
第九章 功率放大电路
2. 转换效率η
直流功率：直流电源 电压和其输出电流平 均值的乘积
二、功率放大电路中的晶体管
晶体管工作在极限应用状态（ICM ; U(BR)CEO ; PCM）。 大功率管，散热，保护
静态：
动态：
电容电压 ：
T1导通，T2截止 T2导通，T1截止
甲乙类工作状态
第九章 功率放动态电阻很小，R2 的阻值也较小。
第九章 功率放大电路
若静态 工作点 失调， 如虚焊
第九章 功率放大电路
三、OCL电路的输出功率和效率
-Vcc
第九章 功率放大电路
二、集电极最大电流
第九章 功率放大电路
三、集电极最大功耗
四、参数选择：
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行
9.4.1 功放管的二次击穿 9.4.2 功放管的散热问题
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行 9.4.1 功放管的二次击穿
第九章 功率放大电路
9.4.2 功放管的散热问题
有效值： 最大输出功率：
第九章 功率放大电路
若忽略UCES： 在忽略基极回路电流的情况下,电源提供的电流
第九章 功率放大电路
电源在负载获得最大交流信号时所消耗的平均功率：
若忽略UCES：
第九章 功率放大电路
两种互补功率放大电路性能指标的比较：
OCL电路
OTL电路
第九章 功率放大电路
四、 OTL电路中晶体管的选择 一、最大管压降
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
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。
第9章 低频功率放大电路
第九章低频功率放大电路一个实用的放大器通常含有三个部分：输入级、中间级及输出级，其任务各不相同。
一般地说，输入级与信号源相连，因此，要求输入级的输入电阻大，噪声低，共模抑制能力强，阻抗匹配等；中间级主要完成电压放大任务，以输出足够大的电压；输出级主要要求向负载提供足够大的功率，以便推动如扬声器、电动机之类的功率负载。
功率放大电路的主要任务是：放大信号功率。
9.1 低频功率放大电路概述9.1.1 分类功率放大电路按放大信号的频率，可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。
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。
功率放大电路按其晶体管导通时间的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等四种。
乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通，有电流通过；甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号周期内，管子导通时间大于半周而小于全周；丙类功率放大电路的特征是管子导通时间小于半个周期。
9.1.2 功率放大器的特点功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下三个主要特点：1.输出功率要足够大功率放大电路的任务是推动负载，因此功率放大电路的重要指标是输出功率，而不是电压放大倍数。
2.效率要高效率定义为：输出信号功率与直流电源供给频率之比。
放大电路的实质就是能量转换电路，因此它就存在着转换效率。
3.非线形失真要小功率放大电路工作在大信号的情况时，非线性失真时必须考虑的问题。
因此，功率放大电路不能用小信号的等效电路进行分析，而只能用图解法进行分析。
9.1.3 提高输出功率的办法1.提高电源电压选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。
2.改善器件的散热条件直流电源提供的功率，有相当多的部分消耗在放大器件上，使器件的温度升高，如果器件的热量及时散热后，则输出功率可以提高很多。
9.1.4 提高效率的方法1.改变功放管的工作状态在乙类功率放大电路中，功放管静态电流几乎为零，因此直流电源功率为零。
模拟电子技术基础知识点总结
模拟电子技术复习资料总结第一章半导体二极管一.半导体的根底知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯洁的具有单晶体构造的半导体。
4.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
表达的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素〔多子是空穴，少子是电子〕。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素〔多子是电子，少子是空穴〕。
6.杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7. PN结* PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8. PN结的伏安特性二. 半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的上下:假设 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);假设 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
1〕图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2) 等效电路法➢直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的上下:假设 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);假设 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
*三种模型➢微变等效电路法三.稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
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。
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T1
N3 N3 N4 (a)
推挽：同类管子在电路中 交替导通。
RL
T2
N3 2 等效电阻 R' L ( ) RL N4
能够获得的最大电压近似于VCC。 图9.1.3 变压器耦合乙类 推挽功率放大电路
三、无输出变压器的功率放大电路(OTL)
用大容量电容取代变压器
当u i 0，T1导通，T2 截止，由T1和RL 组成射极输出形式。如 实线所示。 当u i 0，T2导通，T1截止，由T2 和RL 组成射极输出形式。如 虚线所示。
图9.2.4 OCL电路的图解分析
二、效率 忽略基极回路电流时，
第9章 9.2
VCC U CES 电源VCC 提供的电流iC sin t RL 因此电源消耗的平均功率 1 VCC U CES 2 VCC (VCC U CES ) PV sin t VCC dt 0 RL RL Pom VCC U CES 转换效率为 PV 4 VCC 理想情况即管压降忽略不计时
当U CES＝0时，PT
选晶体管极限参数：
BU CEO 2VCC I CM PCM VCC RL V 2 CC 2 0.2 Pom π RL
第9章 9.2
[例9.2.1] 图9.2.2 所示，已知VCC=15V，输入电压为正弦波，晶 体管的饱和管压降︱UCES ︱=3V ，电压放大倍数约为1，负载 电阻RL=4Ω。 （1）求解负载上可能获得的最大功率和效率； （2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大 功率为多少？
图9.1.5 OCL电路
-VCC
第9章 9.1
五、桥式推挽功率放大电路(BTL)
优点：用单电源供电， 且不用变压器和大电容。 缺点：管子多，不易对称； T1
+VCC
T2 + uO RL -
+
T3
T4
损耗大；输入、输出无接地点。
四只管子特性对称，静 态时均处于截止 状态。当ui 0，T1和T4导通，T2和T3截止。 如实线所示。负载上获 得正半周电压。 当ui 0时，T2和T3导通，T1和T4 截止。 如虚线所示。负载上获 得负半周电压。
小
结
一、功率放大电路的概念和分类 二、OCL电路的工作原理和计算
三、晶体管的选择
精品课件！
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模拟电子技术
结束
+Vcc
Rb C1 RC C2
直流负载线 交流负载线 ICQ
VCC/ RC
+ uI -
T
RL
+ uo -
A
Q
IBQ
B E C
D
UCEQ UCEQ+ICQR’L VCC
uCE
图9.1.1 小功率管共射放大电路的输出功率和效率的分析
第9章 9.1
静态： 电源的直流功率PV=ICQVCC （矩形面积ABCO） 晶体管管耗PC=ICQUCEQ iC
uo
R3
–Vcc
图9.2.2 消除交越失真的OCL电路
第9章 9.2
两管工作在甲乙类状态， 在输入信号正半周， 主要由T1管工作， 负半周则主要为T2管。 -uBE2
iB1
T1管 输入 特性
iB1
O1 iB2
O2
T2管 输入 特性
uBE1
iB2 ui 图9.2.3 T1和T2管在ui作用下 输入特性中的图解分析 t
+ Vcc
R1 R2 D1
T 1 B1
iC1 iL
+
2.当ui<0且逐渐减小时，uBE2增大， T2管基极电 流iB2随之增大，发射极 +D2 电流iE2也必然随之增大，负载电阻 i RL上得到负方向电流；与此同时， ui的减小使uEB1减小，当减小到一定 数值时，T1管截止。
u
B2
T2
RL
i2
C
-
9.1 功率放大电路概述
第9章 9.1
要求在多级放大电路的末级（即输出级）输出一定 的功率，以驱动负载。 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率 放大电路。
9.1.1 功率放大电路的特点 一 、特点
1. 2. 3. 4. 5. 能根据负载要求提供所需要的输出功率； 具有较高的效率； 信号基本不失真； 半导体三极管的散热和保护问题； 分析方法：晶体管小信号模型不能用，用图解法。
U OM 1 PT sin tdt (VCC U OM sin t ) 2 0 RL 1 VCCU OM U OM ( ) RL 4
2
dPT 2 令： 0, 得：U OM ＝ VCC，代入上式， dU OM 得：PT max V 2 CC 2 RL 2 P 0.2 Pom 2 om
R1 R2 D1
+D2
T 1 B1
iC1 iL
+
考虑一定的余量时 I C max VCC RL
ui
-
B2
T2
RL
i2
C
-
uo
R3
–Vcc
图9.2.2 消除交越失真的OCL电路
第9章 9.2
三、集电极最大功耗
晶体管损耗的功率： PT PV-PO
uCE (VCC U OM U OM sin t ), iC sin t RL
R2 D1
+ D2
B1 T1 i C1
iL
+
偏置电路由二 极管D1 、 D2 电阻R1 、 R2 和电位器RP 组成。
ui
-
B2
T2
R3
i2
C
RL
-
uo
例9.2.1 例9.2.2
–Vcc
图9.2.2 消除交越失真的OCL电路
二、工作原理
1. 当ui>0且逐渐增大时，uBE1增大， T1管基极电 流iB1随之增大，发射极 电流iE1也必然随之增大，负载电阻 RL上得到正方向电流；与此同时， ui的增大使uEB2减小，当减小到一定 数值时，T2管截止。
2 U om 82 Pom ( )W 16W RL 4
第9章 9.2
[例9.2.2] 图9.2.2 所示，负载所需最大功率为16W，负载电阻 RL=8Ω。设晶体管的饱和管压降︱UCES ︱=2V ，试问： （1）电源电压至少应取多少伏？ （2）若电源电压取20V，则晶体管的最大集电极电流、最大管 压降和集电极最大功耗各为多少？ (VCC U CES ) 2 (VCC 2) 2 （ 1 ）由Pom W 16W可得，VCC 18V 2 RL 28
2 U om VCC Pom 2 V 2 CC Pom ，PV ， 78.5% RL 2 RL RL PV 4 2
第9章 9.2
9.2.3 OCL电路中晶体管的选择 一、最大管压降
+ Vcc
U CE max 2VCC
二、集电极最大电流
I C max I E max VCC U CES1 RL
使交流负载线交在横轴2VCC点上，保证动态最大。
PVRL不变，交流分量幅值为ICQ。所以，
实现阻抗匹配之后的理想变压器最大输出功率： Pom I CQ VCC 2 1 I CQVCC 2 2
转换效率：= 50%
第9章 9.1
2、变压器耦合乙类推挽功率放大电路
+
uI
N1
-
+ N2 + N2 -
2 U om (VCC U CES ) 2 (15 3) 2 （ 1 ）Pom W 18W RL 2 RL 2 4
Pom VCC U CES 15 3 78.5% 62.8% PV 4 VCC 15 （2）因为U o U i，所以U om 8V。最大输出功率
i
B1
i
第9章 9.2
B
交越失真
-uBE2
o
ut3 t4
t
uBE2
t1 t2
o
uBE1
t
t3 t4
由于三极管T1 、 T2 没有静态偏压，在发 射结电压小于死区电 压时，产生交越失真。
图9.2.1交越失真的产生
2、 设置静态偏置消除交越失真
第9章 9.2
+ Vcc
R1
VCC/ RC ICQ 直流负载线 交流负载线
（矩形面积AQDO）
RC的功率损耗PRc＝I2CQ RC （矩形面积QBCD） 动态：
2
A
Q
IBQ
B E C
O
D
UCEQ UCEQ+ICQR’L VCC
uCE
I CQ 1 最大交流功率P'om 2 R' L 2 I CQ ( I CQ R' L )，即图中阴影部分。 而负载电阻RL 上获得的输出功率Po 仅为P'om 中的一部分。 因此输出功率Po 很小，效率也很低(静态、动态时PV 不变)。
第9章 9.1
+VCC
ui +
(-)
VCC/2 + + C T2 RL uo 图9.1.4 OTL电路 T1 + T2 RL uo +VCC
T1
四、无输出电容的功率放大电路(OCL)
采用正、负双电源供电。T1、 T2交 替工作，输出与输入之间双向跟随。
互补：不同类型管子交替工作， 且均组成射极输出形式。 ui + (-)
图9.1.6 BTL电路
9.2 互补功率放大电路
9.2.1. OCL电路的组成及工作原理 ui 一、电路组成
1、基本OCL电路 +VCC T1 + ui (-) T2 -VCC