4功率放大电路基础知识教案解读

4功率放大电路基础知识教案解读
应用电子技术专业国家教学资源库
讲稿1：功率放大电路基础知识（2课时）
目标：
1．学习功率放大电路的联接方法 2．识别功率放大电路各级放大电路类型 3．会分析功率放大电路性能指标参数
讲解目录
一、什么是功率放大电路
二、功率放大电路需解决的问题 三、定量分析功率放大电路
四、测试功率放大电路基本参数（见实践项目） 五、例题 六、作业
讲课要点
一、什么是功率放大电路？
在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。

如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。

推动一个实际负载需要的功率很大。

能输出较大功率的放大器称为功率放大器。

100%O E
P
P η=⨯
电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。

（4）散热性能要好
三、定量分析功率放大电路
1. 电路的组成
互补对称：
电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。

组成互补对称式射极输出器。

2．电路的原理
3．输入输出波形与交越失真
4．图解分析
5．输出功率
6．最大效率
7．三极管的最大管耗PT1max
8．功放管的选择
9．交越失真的克服
10．用复合三极管做功放管，增加电流驱动能力
OCL功率放大电路及工作原理
电路模型工作条件静态特征
（1）正、负电源对称（双电源供电）
（2） VT 1和VT 2两管特性对称（例如β1＝β2）
（1） V Q =0（v ） （2）I CQ1=I CQ2=0（mA ）
电路原理（为简化分析的方便，设晶体管的死区电压为零）
输入正半波信号时
若输入端加一正弦信号，在正半周时，由
于u i ﹥0，即u i ﹥u Q 因此VT 2截止，等效电路如下图所示。

VT 1导通承担放大任务，电流i e1流过负载，输出电压i L e o
u R i u ≈=1
输入半 波信号时
当输入信号处于负半周时，u i ﹤0，因此
VT 1截止（等效电路如图所示），VT 2导通承担放大任务，电流ie 2流过负载，方向与正半周相反，输出电压i L e o
u R i u ≈=2
合成
在正弦波正负半波信号的推动下，VT 1和VT 2轮流导电，交替工作，使流过负载R L 的
电流为一完整的正弦信号，波形如左图所示。

由于两个不同型号的管子互补对方的不足，且工作性能对称，故这种电路通常称为互补对称式功率放大电路
交流功率输出
乙类放大器的输出功率是指两管合成输出功率，可由下图求出：
=
max o p 2
Icm ·
2
Ucem =
21
·L
R Ucem ·2Ucem =L R cem
U 22
如果忽略晶体管饱和压降Ucem （sat ）的影响，在上图示极限运用情况下，cc cem V U ≈，则：RL Vcc P
o 22
max =
一般情况下，输出信号功率都是通过调整输入信号的大小来加以调整的
放大器的效率
将负载得到的信号功率P O 和电源供给的直流功率P E 的比值定义为放大器的效率c n ，即c n =
E
O P P ×100％。

由于前置放大器的输出功率较小，功率与效率的矛盾并不突出。

但功率放大器的输出功率较大，功率和效率的矛盾就上升为主要矛盾。

理想的乙类放大器由于静态时 I CQ ＝0，所以效率较高。

通过理论计算说明在功放极限运用时（Uom ≈Vcc ），c n =78．5%，它比甲类放大器的理想最高效率50％提高了很多。

这个结论是假定互补对称电路工作在乙类、忽略管子的饱和压降Ucem 和输入信号足够大情况下得来的，实际效率比这个数值要低些
OTL 乙类推挽功率放大电路及工作原理
电路模型
工作条件
静态特征
（1）单电源供电
（2）C 是输出耦合电客（一般为几百～几千微法）
（3）VT 1和VT 2两管参数对称。

（1）Q V =
2
Vcc
静态时，OTL 电路中VT 1和VT 2是串联的。

又因两管对称，所以两发射极连接点Q 的直流电位（对地电压）Q V =V CC /2（若不满足此要求，可通过调整电路元件参数达到）。

（2）I CQ1=I CQ2=0（乙类）
电路原理（为简化分析，设晶体管的死区电压为零） C 的容量取值较大的原因
（1）C 的容量大，则容抗小，可以减小耦合过程中的音频信号消耗
（2）C 的容量大，相对充电量大，才能使C 在VT 1截止时充当VT 2工作的直流电源
静态参数
2
CC
Q V V
输入正半波信 号时
当Ui ﹥0时，两管基极电位上升，Q 点电位
以
2
Vcc
为基点跟随上升，因此VT 1
导通，VT 2
截止，等效电路如下图所示，由于C 的耦合作用，负载上有正半波信号输出
输入负半波信号时
当U i﹤0时，两管基极电位下降，VT1截止，VT2导通，随着C放电时间的推移，Q点电位跟随下降。

等效电路如图所示，由于C的隔直、耦合作用，负载上有负半波信号输出
合成
在有正弦信号输入时，VT1、VT2轮流导通，交替工作。

使流过负载的电流为完整的正弦信号如图所示
交流功率输出
OTL若工作在乙类状态，计算输出功率的方法和OCL电路是一致的。

但要注意，对于OTL电路，施加在
每个功放管上的电源电压实质上是
2
Vcc
，所以忽略晶体管饱和和压降的影响，在极限运用情况下，
max
o
p
2
Icm
·
2
Ucem
＝
C
R
em
Uc
2
2
＝
Rc
V
CC
2
2
1
2
）
（
＝
L
R
Vcc
8
2
效率理论计算证明，OTL放大器的效率和OCL放大器是一致的
四、测试功率放大电路基本参数（见实践项目）
四、例题
五、作业
= 8Ω，vi为正弦电压。

1. OCL电路如图所示，已知Vcc=12V，R
L
(1) 求在Vces = 0的情况下，电路的最大输出功率Pmax、效率η和管耗PT。

(2) 求每个管子的最大允许管耗PCM至少应为多少？
2. OTL电路如图所示，已知Vcc=12V，R
= 8Ω，vi为正弦电压。

L
(1) 求在Vces = 0的情况下，电路的最大输出功率Pmax、效率η和管耗PT。

(2) 求每个管子的最大允许管耗PCM至少应为多少？。