第9章功率放大电路
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。
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
第九章 功率放大电路
(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
第九章 功率放大电路
工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们都出现了严重的波形失 真。 因此， 既要保持静态时管耗小， 又要使失真不 太严重， 这就需要在电路结构上采取措施， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
第九章 功率放大电路
9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
第九章 功率放大电路
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
(9.2.13)
第九章 功率放大电路
得出， 当 U o = π U CC 时， 每管的损耗最大， 即
2 1 U CC 2 1 2 1 U CC ⋅ U CC − ( U CC ) 2 ] = 2 PCm = [ RL π π 4 π π RL
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
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。
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指能够将输入信号的功率放大的电路。
在现代电子设备中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，帮助读者更好地理解其工作原理。
首先，功率放大电路的基本结构包括输入端、输出端和放大器。
输入端接收输入信号，经过放大器放大后，输出到输出端。
放大器是功率放大电路的核心部件，它能够将输入信号的功率放大到一定的水平，以满足实际应用的需求。
在功率放大电路中，放大器通常采用晶体管、场效应管等器件。
这些器件能够根据输入信号的变化，控制电流或电压的变化，从而实现对输入信号的放大。
在放大器中，通常还会加入负载电阻、耦合电容等元件，以提高放大器的稳定性和线性度。
功率放大电路的工作原理可以通过以下步骤来解释，首先，输入信号经过输入端进入放大器，放大器根据输入信号的变化，控制输出端的电流或电压变化；其次，输出端的信号经过负载电阻等元件，最终输出到外部电路。
在这个过程中，放大器起到了将输入信号功率放大的作用。
在实际应用中，功率放大电路通常需要满足一定的性能要求，比如输出功率、频率响应、失真度等。
为了实现这些性能要求，设计功率放大电路需要考虑放大器的工作点、负载匹配、反馈电路等因素。
通过合理的设计，可以使功率放大电路达到较好的性能指标。
除了单级功率放大电路外，还有级联放大、并联放大等多种功率放大电路结构。
这些结构能够根据实际应用的需求，灵活地组合使用，以满足不同的功率放大要求。
总的来说，功率放大电路是现代电子设备中不可或缺的部分，它能够将输入信号的功率放大到一定水平，满足实际应用的需求。
通过合理的设计和优化，可以使功率放大电路达到较好的性能指标，为各种电子设备的正常工作提供保障。
综上所述，功率放大电路的工作原理是基于放大器对输入信号功率的放大，通过合理的设计和优化，能够实现对输入信号的有效放大，满足实际应用的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解功率放大电路的工作原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
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sin t
R1
Po =UoIo
Uom 2
I om 2
Uom Uom Uom2 2 2 RL 2RL
R2
ui D1
2、最大不失真输出功率Pomax
D2
负载上的最大不失真电
R3
压为Uom=VCC–UCES
Pomax
(VCC U CES ) 2 2RL
VCC2 2RL
VCC
功放管散热和保护问题
二. 共射放大电路分析
iVCC
Rb
Rc
iC + VCC
C b2
C b1
+
+
T uo
ui
RL
–
–
iC 直流负载线
ICQ A
Q
D
O
UCEQ
B C
VCC uCE
电源提供的直流功率约为： PE VCC IVCC VCC ICQ 三极管的集电极耗散功率： PT UCEQ ICQ 集电极电阻消耗功率为： PRc URc ICQ (VCC UCEQ ) ICQ
uo=ui – UBE2
在ui过零附件产生失真
交越失真
＋ VCC
B1
ＴC1
iC1
１
E1
uo
E2
B2
Ｔ２iC2
RL
C2
－V CC
2. 克服交越失真的互补对电路
工作原理 ：
电路中增加 D1、
R1
D2 静态时，T1、T2两管发射
D1
结电压分别为二极管D1、ui D2
D2的正向导通压降，致
使两管均处于微弱导通
动态时： 设 ui 加入正弦信号。正半
周期T2 从导通→截止→ 导通，T1 基极电位进一 步提高，进入良好的导 通状态；
负半周期T1从导通→截止 → 导通，T2 基极电位 进一步降低，进入良好 的导通状态。
T1和T2 的导通时间大于输入信 号的半个周期，但小于一个 周期，故为甲乙类互补对称 电路
三、分析计算
Ｔ１ uo
Ｔ２
RL
－V CC
二、工作原理
（设ui为正弦波，晶体管b-e间的开启电压可忽略不计）
静态时：
ui = 0V ic1、ic2均=0 uo = 0V
动态时： ui > 0V
ui T1导通，T2截止 iL= ic1 ;
ui 0V
T1截止，T2导通 iL=ic2
＋ VCC
Ｔic１1 uo
T1 uo
RL
T2
–VCC
2.管耗PT
VCC
一个管子的管耗
ui 0, uCE1 VCC uo iC1 io
R1
iC
PT
=
1 2π
0 uCE1iC1 d( t)
R2
1
2π
0
(VCC
uo
)
uo RL
d( t)
uiD1D2Fra bibliotek 1 2π 1
0
(VCC
U
omsint
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。
Ｔ２
RL
ic2
－V CC
T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
输入输出波形图 晶体管b-e间的开启电压不可忽略不计
ui uo ´ uo uo
死区电压|ui|<Uon
ui>Uon，T1管导通，T2 管截止，输出uo为正；
uo=ui – UBE1
ui
ui<–Uon，T2管导通，T1 管截止，输出uo为负；
二. 共射放大电路分析
ic
+
iC 交流负载线
++
ICQ
斜率为 1 / R' L
ui Rb
T
Rc RL' RL uo
ICQ A
Q
B+
-
当输入信号为正弦波时，集电极交
流分量ic也是正弦波
O
D UCEQ
E
C VCC
uCE
iC uo
ICQ ic ICQ Icm sin t icRL' IcmRL' sin t
ICQ
VCC RL'
ICQ
Q
交流负载线斜率：
1 RL'
A
O
VCC
B
uCE
三. 变压器耦合功率放大电路分析 Rb
2ICQ iC
C
ICQ
斜率 1 / RL'
+
Q ICQ
ui –
+ VCC
R’L
T
O
A VCC
B
VCC / RL' ICQ
2VCCuCE
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
例： 扩音系统
信
电功
号
压率
提
放放
取
大大
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
C VCC
uCE
ui –
Uom
+ VCC
Rc
C b2
+
T uo
RL
–
甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内晶体管均导通，称 之为工作在甲类状态。
六. BJT的几种工作状态
乙类：静态电流为0，晶体管只在正弦信号的正半个周期或负半周期 导通，称之为工作在乙类状态。
六. BJT的几种工作状态
iC
＋ VCC
Rb
C
+ ui –
+ VCC
N1 N2 R L
T
iC ICQ
直流负载线 Q
O
A VCC
B
2VCCuCE
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
V忽CC略晶体管基极回路的损耗，电源提供的功率为： PV VCC ICQ
静态时，电源提供的功率全部消耗在管子上。 UCEQ VCC
三. 变压器耦合功率放大电路分析
Rb
C
+ ui –
N1 N2 R L
T
RL'
从变压器原边向负载方向 看的交流等效电阻为：
RL'
N1 N2
2
RL
Rb
C
+ ui –
，
RL
c ic T e
uce icRL' 0 uce icRL' ic uce / RL'
三. 变压器耦合功率放大电路分析
PTT
2 RL
(VCCUom
Uom2 ) 4
Uom VCC UCES
R2
状态，以消除交越失真。
+ VCC
C1
B1 T1
E1
uo
E2
B2
T2
RL
C2
− VCC
ui
0
uB1 uB1=ui + UD1
UD1 0
uB2 uB2=ui – UD2
0 –UD1
uo t0
uo= uB1 – UBE1
= ui + UD1 – UBE1
≈ui
t + VCC
ui>0, uB1>Uon，T1管导通， R1 T2管截止，输出uo为正；
PCM=iCuCE 散功率
U(BR)CE
uCE
集电极-发O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。
四、变压器耦合乙类推挽功率放大电路
设晶体管b-e间的开启电压可忽略不计，输入电压为零时，T1和T2发 射结电压为0，均处于截止状态，电源提供的功率为0
五、互补对称功率放大电路
一. 结构
互补对称： 电路中采用两个晶体
管：NPN、PNP各一支； ui
两管特性一致。组成 互补对称式射极输出器。
＋ VCC
uo Uom sin t
io
uo RL
Uom RL
sin t
uCE1 uo VCC
uo VCC uCE1
uCE1 UCES
R1
R2
ui D1
D2
uo VCC uCE1 VCC UCES R 3
负载上的最大不失真电压为
Uom=VCC–UCES
VCC
T1 uo
I
CQ
R' L
相应的最大电流为 ICQ
R' 上可获得的最大交流功率为 L
Po'm
Uom 2
ICQ 2