第9章功率放大电路全解
电工学(少学时)唐介第9章 基本放大电路
9.2 放大电路的工作原理 9.3 放大电路的静态分析 9.4 放大电路的动态分析 9.5 双极型晶体管基本放大电路
9.8 多级放大电路 9.9 差分放大电路
教学要求：
第9章 基本放大电路
1. 理解共射极单管放大电路的基本结构和工作原理。 2. 掌握静态工作点的估算和动态微变等效电路的分析方法。 了解输入电阻、输出电阻的概念。了解放大电路的频率特性。 3. 要很好理解共射放大电路、共集放大电路的特点。 4. 了解多级放大的概念。掌握阻容耦合放大电路的静态和动 态方法。了解直接耦合放大电路中的零点漂移现象。 5. 了解差动放大电路的工作原理，了解差模信号和共模信号 的概念。 重点：单管放大电路的基本结构和工作原理，共射放大电路、 共集放大电路静态和动态分析方法。直接耦合放大电路中的零 点漂移现象。 难点：放大电路的工作原理及静态和动态分析方法。
例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。
+UCC RB IB RC + + TUCE UBE – – IC
由KVL可得：
U CC I B RB U BE I E RE I B RB UBE (1 β ) I B RE
U CC U BE IB RB (1 β ) RE
+ + TUCE UBE – – IE
–
直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE )
对交流信号(有输入信号ui时的交流分量) XC 0，C 可看作 C2 对地短路 RB 短路。忽略电源的内 + iC + 阻，电源的端电压恒 C1 iB + 定，直流电源对交流 T uCE 短路 + + + 可看作短路。 RS 短路 uBE – RL uo – ui + – iE 交流通路 u
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。
第9章 基本放大电路
- 43 -第9章 基本放大电路放大是模拟电路最重要的一种功能。
本章所要介绍的基本放大电路几乎是所有模拟集成电路的基本单元。
工程上的各类放大电路都是由若干基本放大电路组合而成的，其中第一级称为输入级，最后一级称为输出级，其余各级为中间级。
9.1 放大电路的工作原理放大电路或称为放大器，其作用是把微弱的电信号、电压、电流、功率放大到所需要的量级，而且输出信号的功率要比输入信号的功率大，输出信号的波形要与输入信号的波形相同。
现以晶体管共射极接法的电路为例来说明放大电路的工作原理。
输入信号按波形不同可分为直流信号与交流信号两种。
由于正弦信号是一种基本信号，在对电路进行性能分析与测试时，常以它作为输入信号。
因此，也以正弦信号作为输入信号来说明放大电路的工作原理。
在输入端与输出端分别接有电容C 1、C 2，它们起着传递信号，隔离直流的作用，电容C 1、C 2称为输入和输出耦合电容或隔直电容。
由于耦合作用要求电容的容抗值很小，一般为几微法至几百微法，因而需要采用有极性的电解电容器。
输入端未加输入信号时，放大电路的工作状态称为静态。
这时U CC 提供了直流偏置电流。
由于电容的隔直作用，输入端和输出端不会有电压与电流。
可见，静态时，除了输入端与输出端外，晶体管各极电压与电流都是直流，其波形如图9-1各波形中的虚线所示。
输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态称为动态。
交流输入信号u i 通过C 1耦合到晶体管的发射结两端，使发射结电压u BE 以静态值U BE 为基准上下波动，但方向不变，即u BE 始终大于零，发射结保持正向偏置，晶体管始终处于放大状态。
这时的发射结电压u BE ＝U BE ＋u be 。
忽略C 1上的交流电压降，则u be ＝u i 。
发射结电压的变化会引起各极电流的相应变化，而且它们都会有一个静态直流分量和一个交流信号分量，其波形如图9-1所示。
i C 的变化引起R C i C 的相应变化。
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)
第9章 功率放大电路
出波形不可避免地产生一定的非线性失真。在实际的功率放大
电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。 4、分析估算采用图解法 由于功放中的晶体管工作在大信号状态，因此分析电路时， 不能用微变等效电路分析方法，可采用图解法对其输出功率和 效率等指标作粗略估算。
第9章 功率放大电路
5、功放中晶体管的保护及散热问题
•按照放大信号的频率，分为低频功放和高频功放。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。本课程仅介 绍低频功放。
第9章 功率放大电路
四、提高输出功率的方法
1. 提高电源电压 2. 改善器件的散热条件 普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗 散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则 输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片
第9章 功率放大电路
二、变压器耦合功率放大电路
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC
，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
RL (
N1 2 ) RL N2
则可作出交流负载线
第9章 功率放大电路
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
I CQ VCC 1 P0 m I CQVCC 2 2 2
即三角形QAB的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
第9章 功率放大电路
实用的变压器功率放大电路
希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号 愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也 随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替 导通 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“推 挽”工作方式。 图9.1.3变压器耦合乙类推挽功率放大电路
童诗白《模拟电子技术基础》(第版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(9-11章)【圣才出品】
第 9 章 功率放大电路
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9.1 复习笔记
一、功率放大电路概述
1．主要技术指标
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，简称功放。功放的主要技
术指标有：
（1）输出功率 Po ：输出电压有效值与输出电流有效值的乘积，即
A. 28 W
B．=18 W
C．=9 W
(4)当输入为正弦波时，若 R1 虚焊，即开路，则输出电压( )。 A.为正弦波
Po
Vo Io
Vom 2
Iom 2
1 2
Vom
I
om
其中，Vom和Iom分别是输出电压和电流的峰值。
（2）最大不失真输出功率 Pom ：在不失真情况下，放大电路最大输出电压有效值与最
大输出电流有效值的乘积，即
Pom
Vo Io
Vomax 2
Iomax 2
1 2
Vomax
I omax
（3）效率 ：放大电路输出给负载的交流功率 Po 与直流电源提供的功率 PV 之比，即
Po 100% PV
（4）管耗 PT ：损耗在功放管上的功率。
2．功率放大电路的功率状态
（1）甲类功率放大电路：导通角 =360o ，整个周期有电流，失真小，但效率低。
（2）乙类功率放大电路：导通角 =180o ，一半时间无电流，效率高，但有交越失真。 （3）甲乙类功率放大电路：导通角 =180o 360o ，少于一半时间无电流，效率高，可
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图 9.1
(1)电路中 D1 和 D2 管的作用是消除( )。 A.饱和失真
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。
第9章功率放大电路习题解答
第9 章自测题、习题解答自测题9一、功率放大器和电压放大器没有本质区别，但也有其特殊问题，试简述功率放大器的特点。
解：功率放大电路与电压放大电路本质上没有区别，功率放大电路既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的不失真的信号功率，功率放大器的特点： 1. 输出功率要大 2. 转换效率要高 3. 非线性失真要小。
二、分析下列说法是否正确，凡对者在括号内打“V”，凡错者在括号内打“X” 。
（1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放管的功耗愈大。
（）（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。
（）（3）功率放大器为了正常工作需要在功率管上装置散热片，功率管的散热片接触面是粗糙些好。
（）（4）当OCL 电路的最大输出功率为1W 时，功放管的集电极最大耗散功率应大于1W。
（）（5）乙类推挽电路只可能存在交越失真，而不可能产生饱和或截止失真。
（）（6）功率放大电路，除要求其输出功率要大外，还要求功率损耗小，电源利用率高。
（）（7）乙类功放和甲类功放电路一样，输入信号愈大，失真愈严重，输入信号小时，不产生失真。
（）（8）在功率放大电路中，电路的输出功率要大和非线性失真要小是对矛盾。
（）（9）功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是1）都使输出电压大于输入电压；（）2）都使输出电流大于输入电流；（）3）都使输出功率大于信号源提供的输入功率。
（）（10）功率放大电路与电压放大电路的区别是1）前者比后者电源电压高；（）2）前者比后者电压放大倍数数值大；（）3）前者比后者效率高；（）4）在电源电压相同的情况下，前者比后者的最大不失真输出电压大；(11) 功率放大电路与电流放大电路的区别是1 )前者比后者电流放大倍数大；()2)前者比后者效率高；()解：⑴X,当输出电压峰值为0.6Vcc时，功放管的管耗最大约为最大输出功率的五分之一。
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三. 变压器耦合功率放大电路分析
+ VCC
Rb
C
iC 直流负载线
N1
N2
RL
ICQ
A O VCC
Q
+ ui –
T
B
2VCC
uCE
变压器原边线圈电阻可忽略不计，静态时，三极管c-e两端的电压为VCC 忽略晶体管基极回路的损耗，电源提供的功率为： PV VCC I CQ 静态时，电源提供的功率全部消耗在管子上。
U om ' ' RL 上可获得的最大交流功率为 P om 2
I CQ 2
U om I CQ 2
1 2 ' I CQ RL 2
二. 共射放大电路分析
iC ICQ ICQ A
交流负载线 斜率为 1 / RL
'
+ + ui
B
T
+ Rc RL uo -
Rb
Q
+
O
' RL RC / / RL
Pom 100% PE
Pom：负载上得到的最大交流信号功率。
PE ：电源提供总功率。
一. 功率放大电路的特点
功率放大电路中的晶体管
功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参 数不能超过晶体管的极限值: ICM 、U(BR)CEO 、 PCM 。 iC PCM=iCuCE
最大集电极耗 散功率
三. 变压器耦合功率放大电路分析
交流负载线：找iC和uCE之间的关系
' ' uce ic RL ic uce / RL
Rb C
， RL
ic iC I CQ uce uCE U CEQ uCE VCC
+ ui –
iC
c ic T e
iC I CQ
uCE VCC ' RL
' U om sin( t ),U om I cm RL
当输入信号为正弦波时，集电极交 流分量ic也是正弦波
iC ICQ Icm sin t
' ' RL 上电压交流分量的最大值为 U om I CQ RL
电源输出的平均电流为ICQ，电 源提供的功率不变，为VCCICQ I CQ
例： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
9.1 功率放大电路概述
功率放大电路与其他放大电路的区别？
从能量控制和转换的角度，功率放大电路与其他电路 在本质上没有根本的区别。
功率放大电路不单纯追求输出高电压，也不单纯追求 输出大电流 追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。
一. 功率放大电路的特点
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补功率放大电路 9.3 集成功率放大器
9.1 功率放大电路概述
什么是功率放大器？ 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。
VCC I CQ ' RL
ICQ
uCE VCC iC ' I CQ ' RL RL
Q
1 交流负载线斜率： ' RL
A
O
B
VCC
uCE
三. 变压器耦合功率放大电路分析
2I CQ
ICQ ICQ A Q iC
+ VCC
Rb
C
R’ L
斜率 1/ R
' L
+ ui –
' VCC / RL I CQ
PRc U Rc I CQ (VCC U CEQ ) I CQ
二. 共射放大电路分析
iC ICQ ICQ A
交流负载线 斜率为 1 / RL
'
ic
+ + ui
B C
T Rb Rc R
' L
+ RL
uo
-
Q
+
O
' RL RC / / RL
D UCEQ
Uom
E
VCC
iC ICQ ic ICQ Icm sin t uCE ' ' uo ic RL I cm RL sin t
功放管散热和保护问题
二. 共射放大电路分析
iVCC
Rb
C b1
Rc
iC
T
+ VCC
+
iC 直流负载线
C b2
ICQ
A
Q
B C VCC
+ ui –
RL
uo
–
O
D UCEQ
uCE
电源提供的直流功率约为： PE VCC IVCC VCC I CQ 三极管的集电极耗散功率： PT U CEQ I CQ 集电极电阻消耗功率为：
T
B
O
VCC
VCC
2VCC
uCE 通过调整变压器原、副边的匝数比
N1/N2，实现阻抗匹配，可使交流 负载线与横轴的交点约为2VCC ' RL 中交流电流的最大幅值为ICQ， 交流电压的最大值为VCC。在理想 情况下，最大的输出功率为
Pomax
I CQ VCC 2 2
1 I CQVCC 2
主要技术指标
（1）最大输出功率Pom：输出功率Po尽可能大，输出功率 是功放电路提供给负载的信号功率。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，负载上可能 获得的最大交流功率。 (2) 转换效率：电源提供的能量应尽可能多地转换给负 载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高 电路的效率（）。
UCEQ VCC
三. 变压器耦合功率放大电路分析
Rb C Rb C
， RL
N1
N2
RL
+ ui –
T
' RL
+ ui –
c ic T e
从变压器原边向负载方向 看的交流等效电阻为：
N1 ' RL RL N2
2
' uce ic RL 0 ' ' uce ic RL ic uce / RL
D UCEQ
Uom
E
C VCC
Pom 仅 uCE 负载上获得的最大功率 ' 为 Pom 的一部分
' 交流负载线的斜率为 1 / RL
若RL越小，交流负载线越陡，功 率三角形越小，输出功率越小。
电源输出的平均电流为ICQ，电 源提供的功率不变，为VCCICQ
电路的效率低 共射放大电路不宜用作功率放大电路
最大集电 I 极电流 CM
U(BR)CE
uCE
O 集电极-发射极间的 反向击穿电压
本章重点
能够计算功放电路最大输出功率和转换效 率 能够根据功放电路确定晶体管参数的极限 值: ICM 、U(BR)CEO 、 PCM
一. 功率放大电路的特点
分析方法： 输出电流、电压信号幅值均比较大， 功放管特性的非线性不可忽略，在分析电路 时，不能采用仅适用于小信号的交流等效电 路法，而应采用图解法。