乙类互补推挽功率放大器
乙类推挽功率放大器的研究 Multisim仿真 课程设计报告
乙类推挽功率放大器的研究摘要：随着现代通信技术的发展,功率放大器已成为无线通信系统中一个不可或缺的部分。
功率放大器的性能在很大程度上影响并制约着整个通信系统的通信质量和技术水平，如何保证它能低噪声，高效率，宽频带，高增益，高质量的运作是贯穿在功率放大器整个设计过程中的中心问题。
而乙类放大器适于宽带大功率工作，大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式；乙类推挽电路采用不同极性的放大器件（N型或P型）构成的高保真放大器中最常用的放大器。
由于它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波，获得较低的失真度。
并且晶体管功耗小，效率高，可制作优质的功率放大器。
本文针对乙类推挽功率放大器的电路结构和工作原理进行了详细的分析，关键词：功率放大器乙类消除交越失真1 设计任务功率放大器是通过将直流输入功率转换化为交流功率输出，以提高发射信号能量，便于接收机接收的电路，因而要求输出功率大，效率高，同时，输出中的谐波分量应该尽量小，以免对其他频道产生干扰。
根据电流导通角的不同，功率放大器分为甲类、乙类、丙类等。
失真是指输出信号波形发生变化的现象，波形失真的原因和种类有很多，主要有非线性失真、频率失真和相位失真等。
当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率。
发射机的输出功率和效率主要取决于高频功率放大器，对同一耗散功率来说，效率的提高意味着输出功率的增大，当输出功率一定时，效率的提高使消耗的电源功率减小，管子的耗散功率降低，可降低冷却系统的压力。
这对于节省能源、使用较小的功率管输出较大的功率、减小设备的体积和重量都有重要的实际意义。
这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。
例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。
而率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。
乙类推挽输出级电路与功率放大器
2 U U 1 E = C 0m - 0m R 4 L
1 ) = I0m - I0m2 RL 4
Ec
休息1 休息2 返回
3 直流电源供给的功率PE
电源 EC（或 Ee）供给电流的平均值
1 I = T
ic
T
0
i c (t )dt =
I 1 U 0m = 0m RL
I
Io m
（3） 复合管的应用：
R 其中 L = Re // R L
1 u= ⅱ: A ' h h ie 1 (1hfe 1) ie 2 (1hfe 1 )(1hfe 2 )R L
' (1hfe1 )(1hfe2 )R L
电路仿真1 电路仿真2
ib1
+
ui
i0 ie2 i0 R ie2 e A = = i = ⅲ: ib1 ib1 ie2 R e R L ib1
0
· Q
截止区
u BE
饱和区
(3) 甲乙(AB)类工作状态
静态工作点设置在放大区内，但接 近截至区，在信号的大半周期内三极 管导通，导通角θ ＞1800
ic
· Q
截止区
u BE
(4) 丙(C)类工作状态
静态工作点设置在截至区内，晶体管只
饱和区
ic
有在信号正半周的一部分时间内导通，输 出信号电流波形只有一个尖顶，导通角 θ ＜1800 。
u1 =
N1 uL N2
返回
N2 = iL N1
(5)变压器耦合推挽功放
ii:
ui
ui + ui1 + ui2 iC2
工作原理
iC1
EC
乙类互补推挽功率放大电路的分析计算
PD C m
V C C 2 πRL
Pcmax PTm 0.4Po
PTm(single) 0.2Po
max 78.5%
甲类：Pcmax=4W→ 大功率管→必须加散热片→体积增大 乙类： Pcmax=0.2W —中功率管
说明：一般0.1W以下的管子称为小功率管。
制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组
2UomVCC πRL
PD C m
2VC C 2 πRL
3. 效率
Po U o m
PDC
4 VCC
4. 集电极的最大功耗PC
PC PDC Po
2VCC π
m
4
78.5%
2Po RL
Po
P U o m 2
o
2RL
81/117
PC
PC
2VCC
2PO RL
PO
matlab代码如下。
om PTm
PTm(single) 0.2Pom
P U o m 2
o
2RL
83/117
甲类功放 (CE、无变压器)
Pcmax 4Po
max 2 5 %
例：负载输出功率 Po=1W， 甲类CE单管放大和乙类放 大电路的管子子功耗是多少？ 分析：
乙类功放
Po(m ax )
V C C 2 2 RL
PO
x = 0:0.1:10
y = 24/pi*sqrt(2*x/8)-x;
plot(x,y)
82/117
4. 集电极的最大功耗PC
PC PDC Po
2VCC π
2Po RL
Po
令
d PC d Po
0 ， 解 得 Po
乙类互补推挽放大器设计
电子应用系统CDIO一级项目设计说明书题目：乙类互补推挽放大器设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计周数：设计成绩：2012年6月18日1、CDIO设计要求本次CDIO设计题目如下：运用课程《电子线路》的非线性部分相关知识及课外资料，设计一个符合要求的、合理的乙类互补推挽功率放大器。
设计要求为：1.电源电压U=10~15V2.输入阻抗Z≥1KΩ3.输出负载R=8Ω4.输出功率P=1~5W5.放大倍数X≥20倍6.带宽f =100~200KHZ7.无失真8.multisin仿真结果2、CDIO设计正文2.1 功率放大电路功率放大电路着眼于较大的输出。
其特点是在同样的供电电压下有着较大的电流输出能力，即具有较大的“负载能力”。
在实际应用中，需要功率放大电路的场合很多。
例如带动电机的转动、仪表的指示、继电器的动作、天线的发射、扬声器的发声等。
要实现这些控制，就要在电压放大之后，在用功率放大电路提供负载所需要的足够的电功率。
2.2 功率放大电路的特性1、有足够大的功率输出2、非线性失真小3、效率高2.3 功率放大电路的分类1、按功放管的工作状态分为甲类、乙类、甲乙类和丙类2、按工作频率的高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路3、按负载的性质分为非谐振功率放大电路和谐振放大电路4、按电路结构分为单管功率放大电路、变压器耦合推挽功率放大电路和无变压器的功率放大电路2.４ 乙类互补推挽功率放大电路推挽的意思是两个晶体管一推一拉的工作。
如下图是乙类互补对称推挽功率放大电路的原理电路。
T1、T2分别为ＮＰＮ和ＰＮＰ型三极管，他们的特性要相同。
信号从两个晶体管的基极输入，从公共射极输出，RL为负载电阻。
这个电路可以看成是由两个射极输出器组合而成。
由于半导体三极管的发射结处于正向偏置它才能导通，因此，当输入信号ｕ处于正半周时，Ｔ２截止，Ｔ１导通并处于放大状态，由电流ie 1流过负载RL；而当输入信号处于负半周时，Ｔ１截止，Ｔ２处于放大状态，由电流ie 2流过负载RL，由此便在负载上产生完整的电压波形。
甲乙类互补对称功率放大电路解读
集成功放 LM384 外部电路典型接法：
输入信号 vi
调节音量
Vcc 电源滤波电容
6 - 14 8
2+
1
5
输出耦合大电容
500
2.7 8
0.1
外接旁路电容 低通滤波,去除高频噪声
例：电路如图所示，已知T1和T2的饱和管压降 │UCES│＝2V，直流功耗可忽略不计。
回答下列问题： （1）R3、R4和T3的作用 是什么？ （2）负载上可能获得的最 大输出功率Pom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R6 至少应取多少千欧？
R1 R2
IB
B2间便可得到 VBE 任意倍数的
电压。
-
B1 V
B2
功放电路的改进
电路中增加复合管
增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力c。
方式一： c ic
ic b ib
b ib T1 T2
e
e
ic1 1ib, ib2 ie1 (11)ib,
ic2 2ib2,
ic ic1ic2 12(11)ib
准互补
输出级中的T4、T6均为NPN
型晶体管，两者特性容易对称。
+VCC T1
T3
T4 T2
T5
RL
T6
-VCC
例题
功放如图所示。已知VCC=26V，RL=8Ω，T1,T2
的饱和压降|VCES|=2V，D1、D2导通压降为0.7V, T1，
T2的|VBE|=0.7V。
①试求静态时VA，VB1，VB2的值 ②若测得负载RL上的电压有效值
为15V，求PO，PT，PV及η。 ③求该电路不失真的最大输出功
乙类推挽功率放大器
(2) 克服交越失真的基本途径
在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在 甲乙类。
由传输特性图可见：只要 VBB 取值合适，上下两路 传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特 性趋近于直线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的 输出电压。
(3) 常用电路
vi2 vi1 ，分别加在两管的基射极之间，实现两
管轮流导通。
Tr2——输出变压器，隔断 iC1 和 iC2 中的平均分 量，并利用初级绕组的中心抽头将 iC1 和 iC2 中的基波 分量在 RL 中叠加，输出正弦波。
T1 和 T2——特性配对、相同导电类型的 NPN 功 率管
(2) 工作原理 (忽略射结导通压降) vi1(t) ＞ 0 时， vi2(t) ＜ 0，T1 管导通，T2 管截止， ic1 处于正半周的半个正弦波； vi2(t) ＞0 时， vi1(t) ＜ 0，T2 管导通，T1 管截止， ic2 处于负半周的半个正弦波。iC1 和 iC2 中的基波分量在 RL 中叠加，输出正弦波。
T2 对 T4 的限流保护作用同上。
五、输入激励电路
1. 必要性 互补推挽功率放大器 中的功率管接成射极跟随 器，电压增益小于 1。若 要求功率管充分利用，输出最大信号功率，则 RL 上的 信号电压振幅达到接近电源电压(单电源时，接近 VCC/2)。为此，要求输入激励级为互补功率管提供振 幅接近电源电压的推动电压。
VBEQ1
VBEQ2
VBB 2
VBB 2VTn(IR / IS ) IS 为二极管 D1 和 D2 的反向饱和电流，VT 为温度电 压当量。
3. vBE 倍增电路 (1) 电路 直流：由 T3、R1、R2 组成， 且由电流源 IR 激励，为互补功率 管 T1、T2 提供偏置电压 VBB。 交流：T3、R1 构成电压并 联负反馈电路，反馈电路的电阻
1.3乙类推挽功率放大电路
2. 过流保护电路 (1) 电路：T1、T2 ：保护管，R1、R2 ：取样电阻。 (2) 原理 ：以保护管 T1 为例 正常时，VR1 < VBE1(on)，T1 截止， 不起保护作用。 异常时，VR1 > VBE1(on)，T1导 通，分流 i1 , 限制 T3 管的输出电流， 起到了限流保护作用。 T2 对 T4 的限流保护作用同上。 五、输入激励电路 1. 必要性 互补功放, 功率管为射随器，Av < 1。若要求输出最大 信号功率，则要求激励级提供振幅接近电源电压的推动电 压(单电源为1/2VCC)。
乙类推挽电路时，两管的合成传输特性
(2) 解决途径 输入端两管适当正偏，使其工作在甲乙类。 由传输特性图可见：只要 VBB 取值合适，上下两路传输 特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特性趋近于 直线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。
(3) 常用电路 ① 二极管偏置电路 ② vBE 倍增电路 2. 二极管偏置电路 电路：IC中，偏置二极管由三极管取代，如图 (b)、(c)
作业：1-14，1-16，1-17
式中，VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS)
R2 R1 VBE3 VBB VBB VBE3 (1 ) R1 R2 R2
上式表明：偏置电路提供的偏置电压 VBB 是 VBE3 的倍 增值，且其值受 R1 和 R2 控制，故称为 VBE 倍增电路。 (3) 具有热补偿：Ｔ℃↑ → ICQ →VBE3→VBB → ICQ
2. 电路 T3 : 输入激励级， T3 的直流负载R(忽略T1 T2)基流，直流负载线为 (b)Ⅰ。 3. 影响输出振幅的因素 交流负载r R//ri < R ,交流负载线(b)Ⅱ所示。故 T3 管最 大输出电压振幅减小，小于 VCC/2。 若使 r > R，则交流负载线如图(b)Ⅲ，输出信号电压振 幅可接近 VCC/2。 4. 改进电路 (1) 电流源构成有源负载放大器，直流电阻小，交流电 阻大。
(64)乙类互补推挽功率放大电路
输出信号uo
T2导通 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo _
_VCC
乙类互补推挽电路工作情况 iC
Uopp=2(VCC – UCES)
Q
O
uCE
Uopp O
iC uCE
T1通
t
T2通
3. 主要指标计算
设 uoUom si nt
(1) 输出功率
Po UoIo
1 2 Uom Iom
U
2 om
2RL
乙类互补推挽功率放大电路
1. 电路组成
+VCC
T1
iC1
io
电路特点 (1) 晶体管T1、T2特性对称
+
+ (2) 电源对称
u_i
T2
RL uo iC2 _
(3) T1、T2射极输出
_VCC
2. 工作原理
设ui=Uimsin t
a. 当ui =0 时 UA =0
T1、T2截止 uo=0
静态功耗为零
+VCC
iC1 T1
io
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
b. ui >0 时 T1导通 输入信号ui T1
+VCC iC1
电流io方向 输出信号uo
T2截止 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
c. ui <0 时
电流io方向 +VCC
T1截止 输入信号ui T1
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科信学院
CDIO项目设计说明书（2010 /2011学年第二学期）
CDIO项目名称：电子应用系统一级项目
专业班级：电子信息工程
学生姓名：
学号:
指导老师：
设计成绩:
2011年6月28日
1、互补对称OTL 功放电路装调 1.1 CDIO 设计目的
通过设计乙类互补推挽功率放大器，掌握利用分离原件组成OTL 功放电路的原理，提高电路原理图读图技能，熟练掌握较复杂电路的装调操作方法
1.2 CDIO 设计正文 1.
2.1设计要求
电压增益：10倍（20分贝）
输出功率：0.5W 以上（负载R L =8Ω） 频率特性：20Hz ～20KHz
1.2.2 设计原理
乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽电路。
通常使用T1和T2两个特性配对的互补功率管（NPN 型和PNP 型），若忽略功率管发射结导通电压，则当输入信号正半周期时，两功率管分别导通和截止，输出为正半周的半个正弦波；当输出信号负半周期时，两功率功率管分别截止和导通，输出为负半周的半个正弦波，通过负载的电流通过合成形成完整的正弦波。
1.2.3设计过程
负载R1=8Ω V o=
Po R *1=2V ，输出功率Po=0.5W
峰值为Vp=22V ，峰峰值为Vp-p=4≈V 2 5.7V
若要实现输出功率为Po=0.5W ，则直流电源电压Vc c ＞ 5.7V 所以取Vcc=15V 输出电流Io=
2
1
Vcc/RL ≈350mA 取β=100，Ib1=Io/β=3.5mA
取I5=30mA ，所以R5=(15V-8.5V)/30mA=220Ω 取VE=0.2Vcc=3V RE=3V/30mA=100Ω
因为Av=R5/RE=2.2＜10，所以RE 取值不合适 令RE=R4+R6,R4=15Ω，R5=85Ω
当交流分析时，R6被短路，Av=15符合要求
Q2三极管基极电流Ib’= I5/β=30mA/100=0.3mA
I2=5～10倍的Ib’，取I2=2mA
VB2=VE+0.7V=3.7V
R6= VB2/2mA=1.8kΩ
R4=(Vcc-VB2)/2mA=6kΩ
电路中R、C电路为高通滤波电路，频率在20HZ～2KHZ
所以计算得C2=40uF，C3=2mF，旁路电容C1=100nF
1.3仿真结果
图1 乙类功放原理图
图2 输入端电压与输出端电压比较
图3 示波器仿真波形
1.4设计总结
通过对乙类功放的设计，对所学相关知识有了更深入的理解，更加熟练应用仿真工具进行波形仿真以及能够较为熟练使用所学知识设计和调试电路，并且在实践中发现了平时学习中没有遇到的问题，提高了查阅资料和动手操作能力，使对所学知识有了更加浓厚的兴趣。
2、555时基混合集成电路的应用
2.1 CDIO设计目的
⑴掌握利用555时基集成电路组成定时器、触发器的原理
⑵练习集成电路的测试
⑶加深对电路设计技巧及电子电路原理的理解
⑷提高动手能力
2.2 CDIO设计正文
2.2.1设计要求
⑴设计555波形产生电路（方波、三角波等）
⑵检查原件参数及好坏
⑶查阅资料，设计电路方案
⑷了解方波或三角波产生原理
2.2.2设计原理
多谐振荡器是一种自激振荡器,在接通电源以后不需要外加触发信号，便能自动地产生矩形脉冲,由于矩形波中含有丰富的高次谐波分量，所以又把矩形波振荡器称为多谐振荡器。
下图为设计原理
图4 多谐振荡器工作原理
2.2.3 设计过程
将555定时器的低触发端和高触发端连在一起，接通电源后，电容C2被充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，触发器被复位，同时放电，T导通，此时Vo为低电平，电容C2通过电阻放电，时Vc下降，当下降到1/3Vcc时，触发器又被置位，Vo翻转为高电平。
当C2放电结束时，T截止，Vcc将通过电阻向电容充电，Vc上升到2/3Vcc时，触发器又发生翻转，如此周而复始，在输出端就得到一个周期性的方波，再接一个积分电路就得到了三角波。
2.3仿真结果
图4 由555定时器构成的多谐振荡器
图5 555定时器输出端波形
图6 555定时器输出端接积分电路后输出三角波
2.4 设计总结
通过利用555定时器设计多谐振荡器，掌握了555的基本组成结构和基本工作原理，通过对电路的设计更加熟练的运用仿真软件进行仿真及调试，提高了查阅资料和动手操作能力，增强了对所学专业的兴趣，设计电路就是不断的尝试不断的修改，最终才能达到理想的效果，这是在平时学习中无法体会到的，通过实践对各方面知识能力都有所加深和提高，经常动手操作才会提高自己。
3、参考文献
[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）第四版.北京：高等教育出版社，2000
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[3]蔡惟铮，吴建强.常用电子元器件简明手册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989
[4]张风言.电子电路基础.北京：高等教育出版社，1995
[5]康华光.电子技术基础（数字部分）第四版.北京：高等教育出版社，2000
[6]谢嘉奎.电子线路（非线性）.北京：高等教育出版社，2000
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