功率放大器ppt

三、OTL乙类互补对称电路 1、电路结构： ⑴ VT1 和VT2 分别由 NPN和PNP管组成， 然后共同对RL组成 射极输出器。 ⑵ 电路只有一个电源，NPN管由VCC供电，PNP管 由电容C供电。R1和R2分别为两管的偏置电阻。
2、工作原理：
⑴ 静态时： 合理选取R1、R2，使 两管均微通，其发射 极电位为VCC/2。大 电容C已充满电，VC 也为VCC/2。 ⑵ 当vI为正半周时： VT1放大、VT2截止。 其正半周的信号通过VT1管、C到达负载。VT1的 供电电压为：VCC-VC=VCC-VCC/2=VCC/2。
二、工作原理： 工作原理与OTL电路基本相同，但供电方式不 同。
1、静态时： VCE1 VCC , VCE 2 VCC
所以： 静态工作点Q在中点处，负载线的斜率仍由RL来确 定。
2、三极管集电极电 压的最大值为：
Vcem VCC Vces (饱和电压)
3、OCL互补对称电路的最大输出功率Pom
1 PV T

T
0
VCC iC dt

T
0
iC dt VCC I CQ
2
2 VCC
2 RL
Vom max 0.5VCC 2 2 V 2 PO max CC RL 8 RL RL
3.
来自百度文库最大效率
max
PO max
PV
25%
负载RL上得到了比较理想的正弦波，减小了交 越失真。
3、讨论：
⑴ 此电路的参数计算，可以近似用 乙类互补电路的公式计算；
⑵ 此电路的交越失真小，效率也不 错，故应用非常广泛； ⑶ 缺点是：电容体积大，不易集成 化；低频效果差，不适用高档音 响设备。
四、 OCL互补对称电路 一、电路结构：
1、彻底实现了直接耦 合 2、采用了两路电源 (用 -VCC替代了OTL电 路中的VC)，分别为 VT1和VT2供电。
如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。 缺点：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。
二、传统的推挽功率放大电路(乙类功率放大器)
1、电路结构(变压器耦合)： T1：输入变压器；
T2：输出变压器；
VT1和VT2： 对称放大管。
2、工作原理： ⑴ 当vI为正半周时： VT1工作在放大 区，VT2工作在 截止区。(推)
2VCC I cm 1 PV VCC I cm Sintd(t ) 0
由于：

I cm Vcem / RL (VCC Vces ) / RL
2 2VCC (VCC Uces ) 2VCC PV R L R L
所以：
电源消耗的功率也比OTL电路大得多。
所以：
静态工作点Q在中点处，负载线的斜率由RL来确 定。
⑶ 输入电压在正半周时：VT1导电，工作点从Q沿斜 线向左上方运动。最大集流为Icm1。
⑷ 输入电压在负半周时：VT2导电，工作点从Q沿斜 线向右下方运动。最大集流为Icm2。
⑸ 假设VT1、VT2 特性曲线对称：
I cm1 I cm2 I cm Vcem / RL
（3）功率放大电路的分类
三极管根据正弦信号整 个周期内的导通情况 ，可 分为四个工作状态： 甲类：一个周期内均导通 乙类：导通角等于180°
甲乙类：导通角大于180°
丙类：导通角小于180°
甲类放大： 三极管 360°导电。输入信号在整个周期内都
有电流流过放大器件。电压放大器一般工作在甲类。电源始 终不断输送功率，在没有交流信号输入时（也意味着没有交 流信号输出），没有信号输出功率，电源提供的功率全部消 耗在管子（电阻）上（管耗），并转化为热量散发出去；当 有信号输入时，其中有一部分转化为有用的信号输出功率。 甲类放大的效率不高，理论上不超过50%。
6、交越失真现象 ⑴ 产生交越失真的原因
在输入信号正半周 或者负半周的起始段， VT1、VT2都处在截止 状态，所以这一段输出 信号出现了失真，我们 称此现象为交越失真。
⑵ 克服交越失真的方法
在两个互补管 的基极引入R、VD1 和VD2支路，保证 电路在静态时或起 始段，VT1和VT2 都处在导通状态， 这样就克服了两管 都截止的情况，保 证了输出信号不出 现了失真。
Vcem1 Vcem2 Vcem
⑹ 三极管集电极电 压的最大值为：
VCC Vcem Vces (饱和电压 ) 2
⑺ OTL乙类互补对称电路的最大输出功率Pom
2 V 1 1 1 cem Pom ( Vcem ) 2 RL 2 RL 2
将前式
VCC Vcem Vces (饱和电压 ) 2
电路实际上的效率比上值要低。因为电源提供的 功率有一部分转化为集电极的功耗，使管子发热产生 了温升。
5、OTL乙类互补对称电路的优、缺点
优点 效率高，理想情况下最在可达
到78.5%，在静态时，ic1 、ic2 为0， 即：静态功耗为0。
缺点 在输入信号为 0 附近的区域内， VT1 和VT2 都不导通，因此会出现 交越失真。所以上电路若不改进， 则没有实用的价值。
乙类放大 ： 三极管 180°导电。功率放大电路必须考虑效
率问题。静态电流是造成管耗的主要原因。为了降低静态时 的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类工作状态。一 周期内只有半个周期iC＞0。没有输入信号时，信号输出功率 为零，电源供给的功率为零，管耗为零。信号增大，电源供 给的功率增大，输出功率增大。但输出出现了严重的失真。
由于：

VCC I cm Vcem / RL ( Vces ) / RL 2
所以：
VCC (VCC / 2 Vces ) V P V RL 2RL
2 CC
⑼ OTL乙类互补对称电路的最大效率m
2 1 VCC 8 RL
Pom m 100% 2 100% 100% 78.5% PV 4 VCC 2R L
甲乙类放大： 导通角大于180°。一周期内有半个周期以
上iC＞0。降低了静态工作电流 。 甲乙类和乙类放大虽降低了静态工作电流，但又产生了 失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙类工作 状态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路或互补对称电 路较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。
电压放大电路BJT工作在 甲类，乙类和甲乙类放大 主要用于功率放大电路。
第九章 功率放大电路
一、引言
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。
扩音系统 信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
功率放大电路的特点及主要研究对象
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。
5、OCL互补对称电路的最大效率m
2 VCC 2R L
Pom m 100% 100% 100% 78.5% 2 PV 4 2VCC R L
电路实际上的效率比上值要低。因为电源提供的 功率有一部分转化为集电极的功耗，使管子发热产生 了温升。OCL与OTL电路的最大效率m相同。
⑶ 当vI为负半周时： VT1截止、VT2放大。 其负半周的信号通过 VT2管和电容C到达负 载。VT2的供电电压 为：VC= -VCC/2。 ⑷ VT1和VT2各负责输 入信号半周波形的放
大。所以在负载上iRL=iC1-iC2，合成了一个完整 的正弦波。
3、讨论： ⑴ VT1导电是靠VCC 供电，VT2导电是 靠 C 供电。所以 C 必须非常大，否则 在负半周会供电不足产生失真。
1V Pom 2 RL
将前式
2 cem
Vcem VCC Vces (饱和电压)
代入上式:（若Uces在0.3V左右时，可以忽略）
2 1 (VCC Vces ) 2 VCC Pom 2 RL 2RL
比OTL电路的Pom大，这是靠两套电源获得 的。
4、直流电源VCC消耗的功率PV PV等于VCC与半个周期内三极管集电极电流平 均值的乘积。
射极输出器能否做功率放大？
VCC ib vi Rb
射极输出器的输 出电阻低，带负载能 力强，但做功放不适 合。
vo
RE
射极输出器效率的估算： (设RL=RE)
VCC ib vi Rb
VCC RE
ic
Q
ib
RE
vo
VCC vo
vo t
vce
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 静态工作点： 载线 ic VCEQ = 0.5VCC VCC 直流负 RE 0.5VCC 载线 I =
⑵ 当vI为负半周时： VT1工作在截止 区，VT2工作在放大区。(挽)
⑶ 最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波， 再通过T2耦合到负载RL上。
3、图解分析：
iC1
4、传统的乙类推挽功率放大电路的 缺点： ⑴ 输入/输出变压器的体积大、重； ⑵ 因为是变压器耦合，故频带窄； ⑶ 存在交越失真和不对称失真； ⑷ 电路采用反馈时，易自激振荡。
一般直接驱动负载，带载能力要强。
# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质 上的区别吗？ 没有，都是能量转换。（直流电源的直流电能转化为信 号控制的交流电能）电压放大电路使负载得到尽可能大的不 失真的电压信号，功率放大获得尽可能大的不失真输出功率。
（2）功率放大电路的特点： •要求输出功率尽可能大：输出信号电压和电流大，使放
Q
CQ
RE
VCC
vo的取
值范围
vCE
若忽略晶体管的饱和压 降和截止区，输出信号 vo的峰值最大只能为：
Vo max 0.5VCC
1.
直流电源输出的功率
iC I CQ ic I CQ I cm sin(t )
VCC 1 T PV VCC iC dt T 0 T 2. 最大负载功率 2
二、OTL甲乙类互补对称电路
1、电路结构： 在VT1和VT2的基极 接入R和VD1、VD2。 2、工作原理： ⑴ 静态时：
由R和VD1、VD2在 两个三极管的基极上产生 一个偏压，使VT1和VT2 微微导通。所以uI=0时， VT1 和VT2 有一个小小的集 流。但是，iL=0。
⑵ 当vI为正半周时： ic1逐渐增大，VT1在 放大区工作， ic2逐渐减 小，VT2进入截止区。 ⑶ 当vI为负半周时： ic2逐渐增大，VT2在 放大区工作， ic1逐渐减 小，VT1进入截止区。 ⑷ 在vI的整个周期内：
（4）研究的问题 1. 性能指标：输出功率和效率。
若已知Vom，则可得Pom。
2 Vom Pom RL
有效值
最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。
2. 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。 3. 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。
在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近 最大集电极电流ICM，管压降的最大值接近c-e反向击穿电 压V(BR)CEO， 集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗 散功率PCM 。称为工作在极限状态。
⑵ 此电路不使用变压器，用电容 C 来耦 合，所以称为：OTL电路。 ⑶ 此电路由两管轮流工作，互补对称输 出，各处理正弦信号的 180 度。故又 称为：乙类互补对称电路。
4、图解分析 ⑴ 将两管的输出特性曲线合并，VT2是PNP管， 所以VCE2取负值。
VCC VCC , VCE 2 ⑵ 静态时： VCE1 2 2
代入上式:（若Vces在0.3V左右时，则可以忽略）
VCC ( Vces ) 2 2 VCC 1 2 Pom 2 RL 8RL
⑻ 直流电源VCC消耗的功率PV PV等于VCC/2与半个周期内三极管集电极电流平 均值的乘积。
VCC 1 VCC I cm PV I cm Sintd(t ) 2 0
大管工作在极限状态，因此必须保证放大管的安全工作。 效率——负载得到的有用信号功率与电源提 •要求效率高： 供的直流功率之比。
•要求非线性失真小：由于功率放大电路是大信号运用，
接近晶体管的截止区和饱和区，容易产生非线性失真。
可见，输出功率与非线性失真是功率放大电路 的一对主要矛盾。 •功放管的散热:有相当大的功率消耗在管子上，引起温升