第八章功率放大器
第八章
功率放大器
第八章功率放大器
(8-1)
第八章 功率放大器
§8.1 概述 §8.2 互补对称功率放大电路 §8.3 实际功放电路 §8.4 集成功率放大器 §8.5 变压器耦合式功放电路
第八章功率放大器
(8-2)
§8.1 概述
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动 执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针 偏转等。
1. 由NPN型、PNP型三极 管构成两个对称的射极 ui 输出器对接而成。
2. 双电源供电。
T2
3. 输入输出端不加隔直电
容。
第八章功率放大器
iL RL
uo
-USC
(8-13)
静态分析：
ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V
因此，不需要隔直电容。
+USC T1
ic1Leabharlann 动态分析：ui > 0V ui 0V
(1) 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 、UCEM 、 PCM 。
Ic ICM
PCM
uce UCEM
第八章功率放大器 (8-5)
(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止 波形失真。
(3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以 减少晶体管及线路上的损失。即注意提高
Q
uo的取 值范围
uCE USC
若忽略晶 0体.5管U S的C R饱L和
压降和截止区，输出
信号uo的峰值最大只 能为：
U 0.5U 第八章功率放大器
o max
SC
(8-9)
1. 直流电源输出的功率
iC ICQic
1T
PE
T
0 USCiCdt
ICQIcmsin(t)
1
PE T
T
U
0
SCiC
(8-10)
如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。 缺点：但又会引起截止失真。
既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用
推挽输出电路，或互补对称射极输 出器。
第八章功率放大器
(8-11)
§8.2 互补对称功率放大电路
互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。
类型：
互补对称功放的类型
射极输出器效率的估算：
(设RL=RE)
U SC ic
USC
RE
Rb
Q
ui
RE
uo
uo
uo
第八章功率放大器
ib USC uce
t
(8-8)
为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态 工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半
周均不失真 ，如下图所示。
交流负
U SC
Ic
载线
RE
直流负 载线
静态工作点： UCEQ = 0.5USC ICQ 0.5U SC RE
无输出变压器形式 无输出电容形式
（ OTL电路）
（ OCL电路）
OTL: Output TransformerLess
OCL: Output CapacitorLess
第八章功率放大器 (8-12)
8.2.1 无输出电容的互补对称功放电路
（ OCL电路）
一、工作原理（设ui为正弦波）
+USC
T1
电路的结构特点：
电路的效率（）。
Pomax 100%
PE
Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。
第八章功率放大器 (8-6)
问题讨论
射极输出器能否做 功率放大？
USC
射极输出器的输
ib
Rb
出电阻低，带负载能
力强，但做功放不适
ui
RE
uo 合。为什么？解释如
下：
第八章功率放大器
(8-7)
dt
U SC T
T
0iC dt
USC
ICQ
U
2 SC
2RL
2. 最大负载功率
U om max
POmax 3. 最大效率
RL
2
2
0.5U SC
2 2
RL
U
2 SC
8RL
max POmax PE 25% (RL=RE时)
放大电路的输出没有失第真八章的功率工放大作器 方式称为甲类放大。
+USC ULmax
iL RL
UL
-USC
(8-17)
电源提供的直流平均功率计算：
每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:
Ia1 v2 1 π0 πU R S LC sintd(
t)U SC πR L
Iav2
Iav1
USC π RL
U SC ic1
RL
USC1 =USC2 =USC
两个电源提供的总功率为：
t
P EP E1P E22USC π U R SLC2 πU R S 2 LC
第八章功率放大器
(8-18)
PomaxUS2CUS2CR1L
US2C 2RL
P EP E1P E22USC π U R SLC2 πU R S 2 LC
效率为：
US2C
Pomax 2RL
PE
2US2C
π 78.5% 4
T1导通，T2截止 ui iL= ic1 ;
T1截止，T2导通 iL=ic2
iL RL
uo
ic2
T2
-USC
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。第八章功率放大器
(8-14)
乙类放大的输入输出波形关系:
ui
u´o ´
u"o uo
交越失真
+USC
t 死区电压
T1
t
ui
iL RL
例1： 扩音系统
信
电功
号
压率
提
放放
取
大大
第八章功率放大器
(8-3)
例2：温度控制
Usc
R1
R1-R3:标准电阻
a
Ua : 基准电压
Rt :热敏电阻
A：电压放大器 R2
温度调节
过程
室温T
R3
b ++
功
- A uo1 放
加
Rt
热
温控室 元
件
Rt
Ub
UO1
T
第八章功率放大器
uo
UO
(8-4)
分析功放电路应注意的问题
uo
T2
t
-USC
t 交越失真：输入信号 ui在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。
第八章功率放大器
(8-15)
乙类放大的特点：
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。
T1
+USC
ui T2
第八章功率放大器
iL RL
uo
-USC
π RL
结论：OCL电路效率较高； 电流、电压波第八形章功存率放在大器失真。
(8-19)
三、电路的改进
1. 克服交越失真
交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，ui <uT时晶体管截止。
(8-16)
二、最大输出功率及效率的计算
假设 ui 为正弦波且幅度足够大，
T1、T2导通时均能饱和，此时输出
达到最大值。
T1
若忽略晶体管的饱和
压降，则负载（RL)上的电 压和电流的最大幅值分别
为： U L max U SC
ui
I L max U SC RL
T2
负载上得到的最大功率为：
PomaxUS2CU第S2八C 章功R 率1放L大 器 U 2R S2LC
功率放大器原理与设计
功率放大器原理与设计功率放大器是一种用于增大输入信号功率的电路，它通常被应用于音频放大、射频放大以及其他需要增强信号功率的领域。
功率放大器的设计是电子工程中重要的一部分，它涉及到电路拓扑结构、功率管选型、B工作点的设置以及负载匹配等多个方面。
功率放大器的原理可以用简单的模型来描述。
首先，输入信号通过耦合电容进入到放大器的输入端。
接下来，输入信号被驱动管放大并增加功率。
在这个过程中，电流和电压进行了相应的增大。
最后，输出信号通过耦合电容被传输到输出负载。
功率放大器的设计包括两个重要的指标：增益和效率。
增益用来表示输入信号经过放大器后的增加倍数。
它通常以分贝为单位来表示。
效率则表示放大器输出功率与输入功率之比。
效率越高，功率放大器的能量损耗越少，也就意味着能量利用率越高。
在功率放大器的设计中，一个关键的概念是线性度。
线性度指的是放大器输出与输入信号之间的关系。
通常情况下，放大器应该是线性的，也就是说输出信号应该是输入信号的精确放大。
然而，在实际应用中，放大器的线性度可能会受到非线性效应的影响，例如饱和、交调、失真等。
因此，在功率放大器设计中需要采取一些措施来提高线性度，例如采用负反馈技术和优化电路拓扑结构。
功率管的选择也是功率放大器设计中重要的一环。
功率管的特性直接决定了功率放大器的性能。
一般选择功率管时需要考虑功率、频率响应、线性度以及功耗等因素。
常见的功率管有双极性晶体管、场效应管、真空管等。
另外，负载匹配也是功率放大器设计中需要注意的问题。
负载匹配是指将负载电阻与功率管输出阻抗之间进行匹配，以确保功率的最大传输。
负载匹配可以通过匹配网络来实现，例如使用L型、π型网络。
负载匹配对于功率放大器的效率和输出功率都有重要影响。
总结起来，功率放大器的原理与设计涉及到电路拓扑结构、功率管选型、B工作点的设置以及负载匹配等多个方面。
在功率放大器的设计中需要考虑增益、效率、线性度以及负载匹配等指标。
选用合适的功率管，并采取适当的措施来提高线性度和效率。
功率放大器原理功率放大器原理图
功率放大器原理功率放大器原理图要说功率放大器的原理，我们还是先来看看功率放大器的组成：射频功率放大器（RF PA）是各种无线发射机的重要组成部分。
在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。
为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。
射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能地小，以避免对其他频道产生干扰。
功率放大器原理高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
在“低频电子线路” 课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。
甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
功率放大器
4.3 甲乙类互补对称功率放大电路
交越失真
动画17-2 动画17-3
(a)利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置 甲乙类互补功率放大电路
消除交越失真的互补输出级
• 如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通，那么当 有信号输入时两只管子中至少有一个导通，因而消除了交 越失真。 • 要求：有合适的Q点，且动态损失尽可能小。
Vom (VCC VCES ) 2 Pomax 9W 2 RL 2 RL
2
2 VCC (VCC VCES ) PE 14.3W π RL
Po 63% PE
1 （4） P = PT2 P 0.5( PE P ) 2.65W T1 T O 2
（5）
甲类-------三极管360°导电； 甲乙类----三极管180°～360°导电 乙类-------三极管180°导电 丙类-------三极管<180°导电
甲类360°导电
甲乙类180°～360°导电
乙类180°导电 丙类<180°导电 三极管的四种工作状态
4.2 乙类互补对称功率放大电路
1 电路组成和工作原理
iB1
iB2
iE2
T2 iC2
iB T
iC
iE
T1
iC=iE2 =iB2+iC2=iC1+iC2 =β1iB1+β2iB2 =β1iB1+β2β1iB1 =(β1+β2β1)iB
∴ β≈β1+β2β1≈β1β2
• 复合管放大电路的优点是可获得大的电 流增益, 但为保证每一只管子都工作在 放大区, 需要较高的电源电压. • 复合管放大电路经常用在集成运放的中 间级.
电工电子技术第八章集成运算放大电路
8.1 集成运算放大器的简单介绍
• 运算放大器开环放大倍数大，并且具有深 度反馈，是一种高级的直接耦合放大电路。 它通常是作为独立单元存在电路中的。最 初是应用在模拟电子计算机上，可以独立 地完成加减、积分和微分等数学运算。早 期的运算放大器由电子管组成，自从20世 纪60年代初第一个集成运算放大器问世以 来，运算放大器才应用在模拟计算机的范 畴外，如在偏导运算、信号处理、信号测 量及波形产生等方面都获得了广泛的应用。
• 4．在集成电路中，比较合适的电阻阻值范 围大约为100 ~300 Ω。制作高阻值的电阻 成本高、占用面积大并且阻值偏差也较大 （10~20%）。因此，在集成运算放大器中 往往用晶体管恒流源代替高电阻，必须用 直流高阻值时，也常采用外接的方式。
8.1.2 集成运算放大器的简单说明
• 集成运算放大器的的电路常可分为输入级、 中间级、输出级和偏置电路四个基本组成 部分，如图8-1所示。
• 2．信号的输入 • 当有信号输入时，差动放大电路（见图8-5）的工作情况可以分为以下几种情
况。
• （1）共模输入。 • 若两管的基极加上一对大小相等、极性相同的共模信号（即vi1 = vi2），这种
输入方式称为共模输入。这将引起两管的基极电流沿着相同的方向发生变化， 集电极电流也沿相同方向变化，所以集电极电压变化的方向与大小也相同， 因此，输出电压vo = ΔvC1-ΔvC2 = 0，可见差动放大电路能够抑制共模信号。 而上述差动放大电路抑制零点漂移则是该电路抑制共模信号的一个特例。因 为输出的零点漂移电压折合到输入端，就相当于一对共模信号。
u
u
u0 Au 0
0
u+≈u-
（8-2）
• 当反向输入端有信号，而同向端接地时，u+=0，由上式 可见，u-≈u+=0。此时反向输入端的电位近似等于地电位， 因此，它是一个不接地的“地”电位端，通常称为虚地端。
功率放大器的工作原理
功率放大器的工作原理
功率放大器（PowerAmplifier）即PA，又称DC循环功率放大器，是一种用于放大电信号的电子设备，可以把一个较弱的电信号变成更有力量的电信号。
它具有增强信号电平、提高信号品质以及改善信号定位等功能，是广泛使用的电子设备。
从工作原理上看，功率放大器由信号放大部分与电源放大部分组成。
信号放大部分由放大电路、调节音量电路和输入输出端组成。
电源放大部分则一般由直流供电模块、滤波和稳压电路以及智能PWM调节电路等组成。
信号放大部分，通常采用放大电路。
它可以放大信号的电平，使信号变得更加清晰和强大。
调节音量电路可以调节音量大小，使声音更加自然和良好。
而电源放大部分，一般采用直流供电模块。
它可以为放大电路提供电源，从而提高功率放大器的性能和稳定性。
另外，滤波和稳压电路可以有效抗干扰，从而提高放大器的可靠性。
最后，PWM调节电路可以根据输出信号的变化自动调节直流电压和功率，实现对信号的智能控制。
功率放大器的应用非常广泛，它可用于多种类型的电子设备，如音响、扩音器、电视机等。
它可以将信号电平提高到一定程度，从而使声音变得更大、更清晰；也可以将电视机显示的画面变得更清晰。
此外，功率放大器还可以应用于通信、影音、安防、仪器仪表等多种行业中。
总之，功率放大器的工作原理是将一个较弱的电信号放大成更有力量的电信号。
它通过放大电路、直流电源模块、滤波和稳压电路以及PWM调节电路等，使功率放大器具有放大信号电平、提高信号品质以及改善信号定位等功能。
功率放大器的应用非常广泛，深受各行业的欢迎和青睐。
功率放大器的工作原理
功率放大器的工作原理功率放大器是音频系统中非常重要的一种组件，它的作用是将输入的小功率信号放大到满足扬声器的要求，以及将相应的低压、低功率信号转换为高功率、高压电信号，以使扬声器发出音量足够大、质量足够高的音色。
由于功率放大器的工作原理关系到音频系统的音质，因此，分析和理解功率放大器的工作原理对正确使用和选择功率放大器具有非常重要的意义。
功率放大器的工作原理其实很简单，它是利用集成电路将输入信号增加，从而提高输出功率的设备。
功率放大器的输入端口一般有非线性信号输入、线性信号输入和数字信号输入，输出端口一般有多种功放，可以根据需求配置多种功率放大器输出级别，例如2瓦、4瓦、8瓦等。
功率放大器模块的主要电路分为有源底层电路和无源运放电路，有源底层电路是该模块的重要组成部分，它负责完成信号放大、噪声抑制、电压调整等功能，最终使得输出信号更加清晰。
无源运放电路则负责将放大的信号发送到输出端，其中的运放的功能和参数决定了功率放大器的输出电压大小和功率大小。
功率放大器的运行过程是，当音频信号输入到功率放大器的输入端时，有源底层电路将此信号放大，然后将放大后的信号输入到无源运放电路，再经由运放输出到输出端，实现将输入信号放大为输出电压高、功率大的信号。
这样就实现了将弱信号放大为有力的音频信号，以此满足扬声器的工作要求。
由于功率放大器起着将信号放大的作用，因此，它的质量也会影响到音频系统整体的音质。
一般来说，功率放大器衰减小，带宽宽，噪声低才能满足要求，而输入信号和输出功率要求在实际应用中也是很重要的要求。
因此，当我们选择功率放大器时，应根据实际使用要求，仔细考虑输入信号和输出功率的要求，选择能提供最佳性能的功率放大器，这样才能获得较好的音效。
总之，功率放大器的工作原理概述以上，它的作用是将输入的低功率信号转换为高功率、高压的电信号，以满足扬声器的工作要求，由于功率放大器的质量会影响整个音频系统的音质，因此，在选择功率放大器时，要综合考虑输入信号和输出功率的要求，以满足较好的音效要求。
功率放大器产生的电路原理
功率放大器产生的电路原理
功率放大器是一种电子设备，用于将输入电信号放大并驱动输出负载。
功率放大器一般由一个放大电路和一个输出阶段组成。
放大电路可以采用各种不同的放大器电路，如共射放大器、共基放大器、共集放大器等。
这些放大器电路可以根据信号要求选择恰当的放大模式，例如单端放大、差分放大等。
输出阶段将放大后的信号驱动输出负载，通常是一个电阻、电感或者电容。
输出电路的设计要考虑负载要求和功率放大器的稳定性。
功率放大器的工作原理是将输入信号放大到足够的幅度，以使输出可以驱动负载。
放大器工作在线性区域，即输入信号和输出信号之间的关系是线性的，以避免失真。
为了保持线性放大，功率放大器通常使用负反馈电路，可以将一部分输出信号反馈到输入端，来调整增益和频率响应。
功率放大器的设计要考虑功率效率，即输出功率与输入功率的比值。
为了提高功率效率，功率放大器通常采用功率管或功率晶体管作为放大元件，这些器件具有高电流和高电压容忍能力。
总而言之，功率放大器通过放大输入信号并驱动输出负载来实现信号放大。
放大器电路通过选择合适的放大模式和设计输出阶段，以及使用负反馈电路来实现稳
定的放大和线性放大。
在实际应用中，根据不同需求，可以选择不同类型的功率放大器电路结构和元件。
第八章功率放大器
第八章功率放大器
互补对称(complementary symmetry )：电路 中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两 管特性一致。
类型：
互补对称功放的类型
无输出变压器形式 无输出电容形式
（ OTL电路）
（ OCL电路）
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
甲乙类和乙类放大电路，静态时，电源输出功 率很小或为零；有信号时，电源提供的功率随 之增大，提高了电路效率。
虽然甲类和乙类放大电路减小了静态功耗，提 高了效率，但输出波形严重失真。为此为了满 足功率放大的要求，需在电路结构上采取措施。
第八章功率放大器
分析功放电路应注意的问题
(1) 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 、VCEM 、 PCM 。
设“Q”设置在 Pomax : 负载上得到的交流信号功率。
交流负载线中点 PE ： 电源提供的直流功率。
iC Icm
iC
IC S Q
PomaxIcVce
1 2
IcmV cem
O
tO
vC4E S
PE ICQVCC
Vcem
VCC max Pomax / PE 25 %
第八章功率放大器
思考 用哪种组态的电路作功率放大 电路最合适？
例1： 扩音系统
信
电
功
号
压
率
提
放
放
取
大
大
第八章功率放大器
1. 功率放大电路的主要特点
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的 的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压 和电流。 管子工作在接近极限状态。
第八章 功率放大电路
+Vcc
T1
iL RL T2
uo
t
vo t 失真
-Vcc
输入信号 vi在过零前后，输出 信号出现的失真。
8.4 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题
vi很小时,在正、负半周交替过 零处会出现非线性失真，这 个失真称为交越失真。
8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路
2
P o Vo I
Vom (VCC VCES ) 2 最大不失真功率为： Pomax 2R L 2R L 2 理想最大输出功率为： oM VCC (Vom VCC 略VCES ) P 2R L
2．三极管的管耗PT
1 π PT1 = 0 vCE iCd( t ) 2π
+Vcc T1
偏置电压/V 0.60
为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。
谐波失真度
THD /% 1.22 0.244
ICQ/mA
0.048 0.33
+
Vi -
RL
+ vo -
0.65
0.70
0.75
2.20
13.3
0.0068
0.0028
T2
-Vcc
VCE4=VBE4(R1+R2)/R2
当Vom = VCC 时，η
max=π
2
/4 =78.5％。
8.3.3 功率BJT的选择
1．最大管耗和最大输出功率的关系
1 VCCVom Vom PT 1 ( ) RL 4
2
问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？
用PT1对Vom求导得出： PT1max发生在Vom=2VCC/=0. 64VCC处 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:
功率放大器
功放与负载的配接：
1.定阻抗式扩音机的配接原理：
• 负载阻抗大于扩音机输出阻抗的情况(轻载失配)
输出电流变小,输出电压增高,扩音机的工作点偏离原设 计最高工作点,失真可能增大;实际输出功率小于额定值. 负载阻抗大于输出阻抗时,将引起输出变压器初级阻抗 升高,输出变压器的工作电压也将升高,严重时(如末端没 接负载)将导致输出变压器的击穿.
功率放大器的主要性能指标
• 失真度
由于功放中采用了不少非线性元件,使功放输出信号中 产生了除输入频率以外的新信号,这些新生频率信号电
压有效值的总和与原来基波频率电压有效值之比,就是
非线性失真度. 普及型的失真度5%——10% 高保真 ≤1%
功率放大器的主要性能指标
• 信噪比：
声器的额定功率和阻抗。
③检验每只扬声器所得的实际功率与其额定功率是 否相。
例1 50W定阻式扩音机一台，输出端子有4、8、16、 32、250 Ω，需接25W，16 Ω的扬声器两只，问如何连 接？
解：两只扬声器总的额定功率为25×2=50W，等于扩音机的额定输出功率。
根据公式： P0Z0=PLZL可计算出扬声器所接端子的输出阻抗为：
PL实
P0 Z 0实 ZL
50 4 12.（W） 5 16
根据公式P假=P扩-P扬得到，
一、功率放大器的定义和用途
• 定义：功率放大器俗称公放，是对音频信号进行 电流放大，以至得到功率放大，推动音箱正常工 作。 • 用途：功率放大器置于前置放大器之后，将音频 信号进行进一步的放大，尤其是对电流和功率的 放大，使其足以推动扬声器工作。
扩音机电路组成框图:
广播收 音部分
前置 放大器