乙类互补推挽功率放大电路的分析计算
乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)剖析
U(BR)CEO > 48 V
CM
ICM > 24 / 8 = 3 (A)
可选： U(BR)CEO = 60 100 V ICM = 5 A
1 1 I cm Uom I cm 2 2 2 2 1 2(V 1 2) 2 U V 1 CE(sat) U omCC / RL I om RL CC 2 2 Pom
V2
RL
VEE
4. 管耗
2 1 2 U V 1 U 0.2( Pom om CC om ) PC1每只管子最大管耗为 PC2 ( PDC Po ) 2 2 RL 2 RL U om VCC U om +VCC 5. 选管原则 ( V1 ) RL 4
2 1 V 2CC PC1 m 2 Po m 0.2 Pom 2 RL
例 7.2.1 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PC1，并选管。
[ 解] V 2CC 242 Pom 36 ( W) 2 RL 2 8 PDC= 2V2CC / RL
7.2 乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)
一、电路组成及工作原理
+VCC
V1 iC1
ui = 0 V1 、 V2 截止 ui > 0 V1 导通 V2 截止 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL ui < 0 V2 导通 V1 截止 io = iE2 = iC2, uO = iC2RL
V1
+ ui
+VCC + uo
乙类双电源互补对称功率放大电路的分析计算
模拟电子技术知识点：乙类双电源互补对称功率放大电路的分析计算电路参数的计算1.输出功率P O2.管耗P T3.直流电源供给的功率P V4.效率η=1.输出功率2O O O O LV P V I R ==2()2om V =/L R 22om L V R =22om om L V P R =212cem LV R =22CC LV R ≈V om =V cem1=V CC -V CES ≈ V CC2I cm12V cem1Q0有效值AB V CESV CC ABQS ∆输入信号越大，输出功率越大！斜率：-1/R L2.管耗P T设输出电压为：v o =V om sin ωt ，则T 1的管耗为T1CE11012C P v i d t πωπ=⎰O CC O 0L 1()2v V v d t R πωπ=-⎰om CC om 0sin 1[(sin )]2L V tV V t d tR πωωωπ=-⎰2CC om om L L4V V V R R π=-12T T P P =++V CC-V CCT 1i C1v ii C2v oi LR LT 2CE1CC Ov V v =-C1O O L/i i v R ==222CC om om L LV V V R R π=-3.直流电源供给的功率P V 当v i =0时，TO P P +=当v i ≠0时，则P V =则P V =P O + P T22om L V R =222CC om om L L V V V R R π+-2CC om LV V R π=当V om ≈ V CC 时，则P Vm =22CC LV R π0；4.效率ηVOP P =η22omL V R 2CC om LV V R π当V om ≈ V CC 时，= ——————CC omV V ⋅=4π=η4π=78.5%互补对称电路工作在乙类、负载电阻为理想值，忽略管子的饱和压降，输入信号足够大时模拟电子技术知识点：乙类双电源互补对称功率放大电路的分析计算。
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
1.3乙类功率放大器
1.3 乙类推挽功率放大器 1.3.1 变压器耦合乙类推挽功率放大器一、电路 结构特点：上下对称 Tr1：输入变压器，保证两管轮流工作；Tr2：输出变压器，实现输出信号合成。
二、定性工作原理输入信号正半周时，T1导通，T2截止； 输入信号负半周时，T2导通，T1截止。
两个管子轮流工作，一推一拉（挽）所以叫推挽。
三、定量性能分析 Q 点：1、 静态 0CQ I =直流通路： CEQ CC V V =2、 交流通路 2'L L R n R =，12w n w =为输出变压器变比3、 交流负载线：过Q 点，斜率为1'L R -。
4、 动态分析 设：sin i im v V t ω= 当正半周(0)t ωπ≤≤时， 有1sin C cm i I t ω=1sin CE CC cm v V V t ω=-同理，负半周(2)t πωπ≤≤时，2sin C cm i I t ω=-1sin CE CC cm v V V t ω=+两管叠加后21()sin (02)L C C cm i n i i nI t t ωωπ=-=-≤≤RL'.v v i i i oc1c2L L R ++--Tr1Tr2w2CEui i = n ( ic2 - ic1 )i iLC2C1ttttuotCE1i B1ti C1ttVccIcmIbmVcmVcm = Icm*RL'5、 定量计算（1） 输出功率（'L R 上功率就是L R 上功率）o P22111'2'22cm o cm L cm cm L V P I R V I R ===每管输出功率1112o o o P P P ==引进集电极电压利用系数ξcmCCV V ξ=， ξ与激励bm I 有关，(01)ξ≤≤ cm CC V V ξ∴=⋅， 'CCcm L V I R ξ⋅=则：22222max ()112'2'2'cm CC CCo o L L L V V V P P R R R ξξξ⋅===⋅=⋅ 其中：2max2'CC o L V P R =为理想状态，满激励下的输出功率----最大输出功率。
乙类双电源互补对称功率放大电路(1)
iB
iB
vBE
t
vi t Vth
如何克服交 越失真？
可编辑ppt
10
Po)
1 RL
(VCCVom
Vom2 ) 4
令dPT1 dVom
0,得Vom2V CC
即集电极最大损耗
P T 1m axP T2m ax12 V R C 可C 编L2 辑p pt 0.2P om ax
7
三、管子的选择原则
PCM＞0.2Pomax
VCC T1
VBR(CEO)＞2VCC
ICM ≥VCC / RL vi
vo = 0V
动态分析：
VCC T1
ic1
vi > 0V vi 0V
T1导通，T2截止 vi iL= ic1 ; T1截止，T2导通 iL=-ic2
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。
可编辑ppt
3
交流负载线：过Q点且斜率
1 RL
VCC T1
iL RL
vo
T2 -VCC
可编辑ppt
8
四、乙类功放存在的问题(交越失真)
vi
v´o
v"o vo
交越失真
+VCC
t 死区电压
T1
t
vi
iL RL
vo
t
T2
交越失真：输入信号 v-iV在C过C 零前
t 后，输出信号出现的失真便为
交越失真。
可编辑ppt
9
交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，vi <Vth时晶体管截止。
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。
二、乙类推挽功率放大器
图 (a) 中，D1，D2 由电流源 IR 激励，产生正向电 压，即为所需的偏置电压 VBB。若 T1 和 T2 的特性配对， 且其基极偏置电流很小，可忽略，则 VBB VBEQ1 VBEQ2 2 VBB 2VT n( I R / I S ) IS 为二极管 D1 和 D2 的反向饱和电流，VT 为温度电 压当量。
两管集电极管耗相等，且为
2 1 2 PC1 PC2 ( PD Po ) / 2 ( ) Pomax π 2
分析：当输入激励由大减小，即 减小时，Po、 PD、ηC 均单调减小，而 PC1 和 PC2 的变化非单调，
2 0.636 时最大， π
其值为
PC1max PC 2max 2 2 Pomax 0.2 Pomax π
3. 影响输出信号电压振幅的因素 交流负载 r ≈ R∥ri ＜ R，得交流负载线为(b)Ⅱ所示。 可见，T3 管的最大输出信号电压振幅受到截止失真的限 制，其值小于 VCC/2。 若使 r ＞ R，则交流负载线如图(b)Ⅲ所示，输出 信号电压振幅不受截止失真限制，可接近 VCC/2。
4. 改进电路
通过 RL 的电流：iL iE1 iE 2 iC1 iC2 I cmsint 相应产生的电压： vL Vcmsint RL 上的输出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正负电源总的直流功率： PD = PD1 ＋ PD2 = 2VCCI平均 = 2VCCIcm/
vi (t ) 0 ic1 ic2 0 VCEQ1 VCC VCEQ2 VCC
Vi 正半周，T1 导通，负载线是自 Q 点出发，斜率为
1 / RL 的直线 AQ；
Vi 负半周，T2 导通，负载线是自 Q 点出发，斜率为
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
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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
2
V2
CC
时
π2 RL
PC m ax
2 π
V2
CC
2R
L
4P
o
m
π
2
0.4P
乙类互补推挽功率放大电路的 分析计算
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三、功放电路的分析计算
1. 交流输出功率Po
Po uo io
U om Iom 22
U o2m 2RL
+ ui -
Po (m a x)
V C C2 2RL
2. 电源提供的直流功率PDC
每个单管工作半周时的平均电流为：
1
IDC(single) 2
Iom sintdt
I om
0
P I V DC(single) DC(single) CC
I V om CC Uom VCC
π
πRL
VCC
T1
iE1
+
T2 RL uo -
iE2
io
- VCC
io iE1
2 ωt
O
-iE2
80/117
复 习 Po
U o m 2 2RL
PD C
2 P D C (single)