功率放大电路)
第8章 功率放大电路
7.1 概述 ＊7.2 小功率放大器 7.3 互补对称功率放大电路 7.4 集成功率放大器 7.5 功率放大器实际应用电路
7.1
概述
功率放大就是在有较大的电压输出的同时，又 要有较大的电流输出。 前面学过的放大电路多用于多级放大电路的输 入级或中间级，主要用于放大微弱的电压或电 流信号。
7.3.2 单电源互补对称功率放大器 （OTL--无输出变压器电路） 当在电路中采用单电源供电 时，可采用图7-3-3所示的 电路。
图7-3-3 单电源互补对称功率放大器
图7-3-3中，功效管工作在乙类状态。静态时因电路对称， E点电位为 1 VCC ，负载中没有电流。
2
① vi正半周，T1导通，T2截止，io=iC1，负载RL上得到正半 周点
1、任务和特点：
（1）大信号工作状态
为输出足够大的功率，功放管的动态工作范围很大，功放管中的电 压、电流信号都是大信号，一般以不超过功放管的极限参数为限度。
（2）非线性失真问题
输出功率越大，电压和电流的幅度就越大，信号的非线性失真就越 严重，如何减小非线性失真是功放电路的一个重要问题。
4
78 .5%
7.3.1 双电源互补对称 电路（OCL电路） （4）管耗PT
2 1 1 2 Vom 1 Vom PT 1 PT 2 PV PO · ·CC V 2 2 RL 2 RL 2 1 VomVCC Vom R 4 L
dVom
2 VomVCC Vom 4
代入式（7-3-7）得，T1、T2消耗功率的极限值为：
电工电子技术-功率放大电路
② 动态分析
设输入信号为正弦电压ui，当输入信号位于正半周时， VT1管发射结正偏导通，VT2管发射结反偏截止，有电流iC1经 VT1管流向负载，在负载RL上获得正半周输出电压uo。当输入 信号位于负半周时，VT1管发射结反偏截止，VT2管发射结正 偏导通，有电流iC2经负载流向VT2管，在负载RL上获得负半周 输出电压uo。
10.4 功率放大电路
10.4.1 功率放大电路概述
1．功率放大电路应满足的要求
（1）应有足够大的输出功率。为了获得较大的输出功率， 往往要求三极管工作在极限状态，但使用时，要考虑到三极 管的极限参数PCM、ICM和U（BR）CEO。
（2）效率要尽可能的高。 （3）非线性失真要小。 （4）功率放大管要采取散热等保护措施。
在ui的整个周期内，VT1管和VT2管轮流导通，从而在RL 上得到完整的输出电压uo，所以，此电路称为互补对称功率 放大电路。
在此电路中，当输入信号小于三极管的开启电压时会产 生交越失真，如左图所示。
为消除交越失真，可给三极管稍加一点偏置，如右图所 示。
（2）性能参数计算
① 最大输出功率
输出功率为：
Po
UoIo
1 2 Uom Iom
U
2 om
2RL
上式中，Uom为输出电压uo的峰值。 理想条件下，负载获得最大输出电压
时，其峰值接近电源电压＋UC
Pom
U
2 CC
2RL
② 电源功率
直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号
越大，电流越大，电源功率也越大。电源功率PV为
10.4.2 互补对称功率放大电路
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。
功率放大电路的作用
功率放大电路的作用功率放大电路是将输入信号的能量放大到更大的功率级别的电路。
它的作用是为了改变信号源的电压、电流、功率级别，以适应后续电路或负载的工作要求。
功率放大电路广泛应用于各种电子设备和系统中，包括音频放大器、射频放大器、通信系统、卫星通信、雷达、无线电传输、音视频设备、汽车电子等。
下面将详细介绍功率放大电路的作用。
1.声音放大器功率放大电路在音响设备中起着重要作用。
信号源（例如麦克风、CD/DVD播放器）提供的信号很小。
为了将它们放大到足够的水平以驱动扬声器，需要使用功率放大电路。
功率放大器可以增加音频信号的电压和电流，并为扬声器提供足够的功率以发出高音质的声音。
2.射频放大器射频放大器是一种功率放大电路，用于放大射频信号，例如在电视信号和无线电通信中。
在电视机中，射频放大器用于放大接收到的微弱电视信号，以便它们能够驱动屏幕显示高质量的图像和声音。
类似地，射频放大器在无线电通信中起着重要作用，将发送的射频信号放大到足够的功率以传输和接收远距离的无线信号。
3.通信系统4.雷达系统雷达系统用于检测和跟踪目标，通过发射和接收电磁波进行工作。
雷达信号通常非常微弱，需要放大到足够的功率以便可以准确地检测目标。
功率放大电路在雷达系统中起到关键作用，将雷达信号放大到足够的功率，以确保系统的准确性和可靠性。
5.无线电传输功率放大电路在各种无线电传输中起着重要作用，如广播、电视、无线电通信等。
广播电台和电视台的信号源需要经过放大以满足广播范围的需要。
类似地，无线电通信也需要使用功率放大电路将信号放大到足够的功率以实现远距离的无线通信。
6.音视频设备功率放大电路在音视频设备中也起到关键作用。
例如，家庭影院系统中的功率放大器将输入的音频和视频信号放大到足够的功率以驱动扬声器和显示器。
类似地，专业音频和视频设备，如会议室音频系统、音乐工作室、电影院中的音响系统等，也需要使用功率放大电路来提供高质量的音频和视频播放。
功率放大电路
Q O
uCE
Ucem
8.1功放 一般问题
8.1
功率放大电路的一般问题
（3）甲乙类工作 状态。它是介于甲 类和乙类之间的工 作状态, 即发射结 处于正向运用的时 间超过半个周期, 但小于一个周期, 即导通角θ 大于 180°小于360°, 甲乙类工作状态又 称为AB类工作状态。
8.2 乙类功放
提高效率
3.
减小失真
管子的保护
提高效率的途径 降低静态功耗，即减小静态电流。
4.2 8.1功放 MOSFET 一般问题
8.1
功率放大电路的一般问题
3.
功率放大器的分类
功率放大器根据功放管导通时间的长短（或集电极电流流通 时间的长短或导通角的大小）, 分为以下3种工作状态: （1）甲类工作状 态。甲类工作状态 下，在整个周期内 晶体管的发射结都 处于正向运用, 集 电极电流始终是流 通的, 即导通角θ 等于360°, 甲类 工作状态又称为A 类工作状态。
＋UCC
Rc V1 Rb R1 VD1 VD2 V2 ui V5 －UEE V4 V3
准互补对称电路
8.3 甲乙类 功放
8.3.2
静态偏置
甲乙类单电源互补对称电路
1.
调整R1、R2 阻值的大小，可使
1 VK VCC 2
此时电容上电压
1 VC VCC 2
2.
动态工作情况
K点电位受到限制
此电路存在的问题：
8.3 甲乙类 功放
8.3.1
c ＋
甲乙类双电源互补对称电路
c Ic
c＋Βιβλιοθήκη b－ Ic b Ib Ie
c
－
b b
Ib Ie e － (a) e －
功率放大电路
截 止
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
甲乙类– BJT180 ° - 360°导通 工作点设置在放大区内，但很接近截至区 有大半个周期导通，有电流流过 iC 波形会产生失真
静态功耗效率
介于甲类和乙
类之间
Q
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
乙类互补对称功放
互补对称： 电路中采用两个三极管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。组 成互补对称式射极输出器(共集)。 双电源
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
＋ VCC
Байду номын сангаас
Ｔ１
ui
uo
Ｔ２
RL
T1、T2两个管子交替承担放大任 务，在负载上得到完整的正弦波。
－V CC
功率放大电路
1.2互补对称功率放大电路
甲乙类互补对称功率放大电路
乙类互补对称电路的失真
死区电 压Si:约0.5V
Ge:约 0.1V
放大管在整个输入信号周期内都导通，有电流流 过
工作点设置在交流负载线的中点 失真小 最大缺点是效率低下ηmax=50%
Q IC
Q
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
乙类-- BJT 180°导通 工作点设置在截至区 半个周期导通，有电流流过 静态功耗为0 ηmax=78.5% 波形失真严重 放 大
功率放大电路
1.1 功率放大器概述
什么是功率放大器？ 能输出较大功率的放大器称为功率放大器
例： 扩音系统
音
话
源
筒
信
号
提
取
微弱 电信 号
电 压 放 大
功率 小无 法驱
动载负功 率 放 大
功率放大电路
功率放大电路
一、功率放大电路的性能要求与分类 （一）功率放大电路的基本要求
（1）根据负载要求， （2）具有较高的效率。 （3）尽量减小非线性失真。
提供所需要的输出功率。 放大电路输出给负载的
为此要求放大电路的输 功率是由直流电源提供
出电压和输出电流都要 的。在输出功率比较大
有足够大的变化量。
的情况下，效率问题尤
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（二）OTL甲乙类互补对称电路
图8-40乙类互补 对称功率放大电路的 交越失真
图8-41OTL甲乙类 互补对称电路的波形 图
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（二）OTL甲乙类互补对称电路
由图8-40还可见，此时每管的导通角略大于180°，而小于360°，所以这种电路 称为OTL甲乙类互补对称电路。OTL甲乙类互补对称电路的最大输出功率和效率计 算如下。
由于在两个三极管的基极之间产生一个偏压，因此当 uI=0 时， 、V2 已处 于微导通状态，在两个三极管的基极已经各自存在一个较小的基极电流iB1和iB2， 因而，在两管的集电极回路中也各自存在一个较小的集电极电流C1和iC2，但静态 时 iL=iC1-iC2=0 ，如图8-40所示。当加上正弦输入电压 uI 时，在正半周 C1 逐渐增大，iC 逐渐减小，然后 V2 截止。在负半周则相反，iC 逐渐增大，而 iC 逐渐减小，最后 V1 截止。1和iC2 的波形如图8-41所示。
两管的基极电位为
，由于V1和V2 的
对称性，发射极电位也为
，因此静态
时电容器上的电压为
。
二、互补对称功率放大电路
功率放大电路
（一）OTL乙类互补对称电路
假设电容器的容量足够大，当加上正弦波输入电压
第九章 功率放大电路
时, 允许的最大功耗 Pcm 仅为1W,加了120mm×120 mm×4 mm的
散热片后, 其Pcm可达到10 W。 在实际功率放大电路中,为了 提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。
第9章 功率放大电路
9.1.4 提高效率的方法
第9章 功率放大电路
9.2 互补对称功率放大电路
9.2.1 双电源互补对称电路 (OCL电路)
第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器
第9章 功率放大电路
9.1 低频功率放大电路概述
实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、 电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大 电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要 用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。
第9章 功率放大电路
2. 效率要高 放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。在输出 功率比较大时，效率问题尤为突出。如果功率放大电路的效 率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能 将转换为热量，使管子、元件等温度升高而损毁。为定量反
映放大电路效率的高低，定义放大电路的效率为 η,
Po 100% PE
9.1.1 分类
•按晶体管导通时间不同，可分为甲类、乙类、甲乙类等
iC O O O iB iB iC iC iC iC iC
t
O O
iB O iB
t
O O
iB O iB
t
t t
(a) 甲类 (b) 乙类
图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图
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3.1 功率放大电路
很多系统需要对输出信号进行放大，以便提高带负载能力、驱动后级电路，因此要对其进行功率放大。
功率放大电路种类繁多，按原理分可分为甲类、乙类推挽、丙类谐振功率放大器等，可由三极管或集成运放芯片实现，应根据不同的功率放大指标，选择不同的方案。
甲类功率放大器中，在输入信号的一个完整的周期内三极管都是导通的，因而可保证无失真的电压输出，故甲类功率放大器有利于小信号的功率放大。
缺点是晶体管的静态工作点较高，静态损耗相对较大，效率比较低。
丙类谐振放大器采用谐振网络选频进行功率放大，适合于对载波信号或高频已调波信号进行选频放大。
缺点是谐振回路只能实现窄带选频。
当信号频带较宽时，可采用乙类推挽放大器。
乙类推挽功率放大电路由功率对管搭建而成。
在输入信号的一个周期内，两管半周期轮流导通，减小了单个管子的静态损耗，具有较高的输出功率与效率。
同时由于电路的对称性，可以在输出负载端得到完整的双极性波形。
电路如图3-24所示。
此电路的前级由AD811组成同相放大器，放大倍数为A V = 1+ R3。
后级的
R1
功率对管构成乙类功率推挽输出形式，提供负载的驱动电流。
通过D1、D2的电
压钳位及微调电位器R a2，可实现两功率管的微导通及上下电路的完全对称。
为保护晶体管及稳定B点输出电流，输出级串接6.8 Q的小电阻，同时保证输出信号波形对称。
经实验测试，整个电路的输出阻抗小于15Q,通频带大于10MHz，且带内平坦，通
带波纹小于O.ldB;空载时可对0〜10MHz范围内峰峰值为20V的正弦信号无失真输出；输出端接50Q负载时，无失真的最大输出电压峰峰值达到10V, 并且在峰峰值为10V的输出状态下，频率大于2MHz仍无失真现象，效果良好。
需要注意的是，同相放大电路中的AD811放大倍数不能太大，否则芯片会存在一定程度的发热。
AD811是美国模拟器件公司推出的一种宽带电流反馈视频运算放大器。
增
益G=+1 时，-3dB 带宽140MHz;增益G=+2 时，-3dB 带宽120MHz;增益G=10 时，-3dB带宽可达100MHz。
电压转换速率（即压摆率）为2500V/US。
输入阻抗为1.5兆欧，输出阻抗为11欧姆。
采用土15V电源、负载为200欧姆时，输出的电压峰峰值可以达到25V，有较强的后级驱动能力，因此常用于功率放大电路中。
采用AD811实现的另一种简单功率放大电路如图3-25所示，通过采用两片
AD811组成桥式功率放大，驱动后级负载。
图3-25桥式功率放大电路
在电子设计实验中，较少涉及电力系统，因此对信号的功率放大要求不是很
高，因此本文仅对系统中较常使用的简单功率放大电路进行介绍。
实际应用中的
功率放大电路远不会如此简单，除了复杂的电路构成外，还涉及到环境因素对功率
放大电路的影响等诸多因素，这些在此无法尽诉，需要设计者从实际实验中慢慢探索。
常用功率放大电路的设计
在声源电路中需要用到扬声器，若直接接入信号则因驱动不足使信号失真，因此通过使用功率放大环节，以提高电路的驱动能力，使扬声器能够较
好的工作。
功放电路采用LM386实现，LM386音响功放是由NSC 制造，其电
源电压范围宽，最高可达15V，消耗静态电流4mA，当电源电压为12V时，
在8门的负载情况下，可提供几百mW的功率，可满足8'? 扬声器0.5W功率
的要求。
该电路的设计如下图7所示：
图7 LM386功率放大电路
1）功放电路
由于从DAC0800输出的信号的带负载能力弱，不足以驱动扬声器，因而再加一级功放电路，如图3- 3所示。
图3—3扬声器驱动电路
10uf
功率放大电路设计
电路如图2.14所示。
功放管为 2SC1970,采用感性负载，输出幅度较大。
丙类功放的 基极电压-V EE 是利用发射极电流的直流分量
I EO 在射极电阻R E 2上产生的压降来提供的。
当
放大器的输入信号 u 为正弦波时，集电极的输出电流 的选频作用获得输出基波电压
u i 、电流i ci 。
集电极基波电压
V c1 m = 1 cim R
p 式中，I cim 为集电极基波电流的振幅；
R C 为集电极
负载阻
抗。
集电极输出功率 1 i
2 巳 V cim l R c
2 2
P D 二 V CC I c0 集电极的效率
― 巳 _ i V cim 1 cim _ i ：• “（V ） _PT _2 v CT TT
_2 ： 0^）
射随电路
当功放工作在临界状态时对应的等效负载电阻
2 ci m R c 直流电源V CC 供给的直流功率
i c 为余弦脉冲波。
利用谐振回路 L 2C 2 厂(V CC -V CES )2 R q
2P C 图2.15功率放大器
考虑到效率和功率，选择导通角 B 为经验值70
音频功率放大器
从CXA1238S 输出的功率很小，不足以驱动扬声器，因此需要把前置放大器输出的信 号放大，以得到足够的不失真输出功率。
常用的音频放大器是
LM386,该芯片使用简单，所 用的外围元件少，且可以在 5V 电压工作，静态功耗约为
20mW ，因而可以满足电池供电的 设计要求。
LM386电压增益由1脚和8脚之间的外接电阻和电容决定，电压增益范可自行 设计。
其电路原理图如图 2.18所示。
立体声解调放大后的信号由
并由OUT 端驱动扬声器发声。
R9, R14, C34和C14构成低通滤波器，滤除解调信号中的高频成分，
R22用于调节音 量。
C16, C18和R24构成低通滤波器，对放大的语音信号滤波。
C38为隔直电容。
R16为
可变电容器，控制放大倍数。
本设计的放大倍数大约为 46dB. 语音功率放大器
经带通滤波器的音频信号需要用到喇叭外放， 故本系统增加了外放功能。
前端放大器采 用通用型的音频功率放大器 LM386来完成。
电路如下，该电路的增益为50~200倍连续可调， 增益由R1, R2控制，输出端接R3，C4串联电路，以校正喇叭的频率特性，防止高频自激。
脚7接110Uf 去耦电容，以消除低频自激。
为了便于该功放在高增益的情况下工作，
将不使 用的输入端脚2对地短路。
IN 脚输入到低频放大器。
功率放大器
经带通滤波器的音频信号需要用到喇叭外放，故本系统增加了外放功能。
前端放大器采
用通用型的音频功率放大器LM386来完成。
电路如下，该电路的增益为50~200倍连续可调，增益由R1, R2控制，输出端接R3，C4串联电路，以校正喇叭的频率特性，防止高频自激。
脚7接110Uf去耦电容，以消除低频自激。
为了便于该功放在高增益的情况下工作，将不使用的输入端脚2对地短路。
功率放大电路
该电路以宽带、高摆率运放AD844作为功率放大器，前面引入由MAX477构成的射极跟随
器与前极电路进行隔离和阻抗变换。
电路图如下：
图5功率放大电路。