第四章功率放大電路

1、第四章功率放大電路教學內容4.1 功率放大電路的主要特點功率放大電路的主要特點4.2 互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路4.3 采用復合管的互補對稱式放大電路采用復合管的互補對稱式放大電路4.4 集成功率放大器集成功率放大器 教學要求教學要求1.1.掌握掌握OTLOTL和和OCLOCL互補對稱電路的工作原理，互補對稱電路的工作原理，最大輸出功率和效率的估算。最大輸出功率和效率的估算。2.2.熟悉功率放大電路的非線性失真的概念。熟悉功率放大電路的非線性失真的概念。3.3.了解功率放大電路的特點，以及功率放大了解功率放大電路的特點，以及功率放大電路的類型。電路的類型。4.4.了解集成功率

2、放大電路的特點。了解集成功率放大電路的特點。4.1 功率放大電路的主要特點功率放大電路的主要特點一、功率放大電路的作用：一、功率放大電路的作用： 例例1： 擴擴音音系系統(tǒng)統(tǒng)功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取 用作放大電路的輸出級，以用作放大電路的輸出級，以驅動驅動執(zhí)行機構。如執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉等儀表指針偏轉等 。二、與電壓放大電路的比較：二、與電壓放大電路的比較：1.電壓放大電路：電壓放大電路：任務：任務：使負載上獲得盡可能大的不失真的電壓信號。使負載上獲得盡可能大的不失真的電壓信號。三極管工作狀態(tài)三極管工作狀態(tài)：小信號

3、：小信號分析方法：分析方法： 微變等效電路微變等效電路2.功率放大電路：功率放大電路：任務：任務：在允許的失真限度內盡可能地向負載提供足夠在允許的失真限度內盡可能地向負載提供足夠大的功率。大的功率。三極管工作狀態(tài)三極管工作狀態(tài)：大信號：大信號分析方法：分析方法： 圖解法圖解法三、對功率放大電路的要求：三、對功率放大電路的要求：1.輸出功率要盡可能大輸出功率要盡可能大cmcemcmcemomIUIUP2122集電極正弦電集電極正弦電壓的最大幅值壓的最大幅值2.工作效率高工作效率高voPP放大電路輸出功率放大電路輸出功率直流電源提供的功率直流電源提供的功率 效率低，既浪費能源不經濟，又會使功放管的

4、結溫效率低，既浪費能源不經濟，又會使功放管的結溫明顯升高，以至損壞管子。明顯升高，以至損壞管子。3.非線性失真要小。非線性失真要小。集電極正弦電集電極正弦電流的最大流的最大 幅值幅值四、功率放大電路的分類：四、功率放大電路的分類：1.按功放管工作狀態(tài)不按功放管工作狀態(tài)不同分為：同分為：甲類、乙類、甲類、乙類、甲乙類。甲乙類。甲類：導通角甲類：導通角 ;在在正弦交流信號的一個周期正弦交流信號的一個周期內，三極管均導通，效率內，三極管均導通，效率低，僅為低，僅為25。乙類：導通角乙類：導通角 ；三；三極管在半個周期內導通。極管在半個周期內導通。甲乙類：導通角甲乙類：導通角 22如何解決效率低的問題

5、？如何解決效率低的問題？辦法：辦法：降低降低Q點。點。既降低既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：點又不會引起截止失真的辦法：采用采用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器。推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器。缺點：缺點：但又會引起截止失真。但又會引起截止失真。2.按耦合方式不同分按耦合方式不同分變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路阻容耦合功率放大電路阻容耦合功率放大電路直接耦合功率放大電路直接耦合功率放大電路互補對稱：電路中采用互補對稱：電路中采用NPN、 PNP兩個三極管，兩個三極管，其特性一致。利用其特性一致。利用NPN、PNP管輪流導通，交替管輪流導通，交替工作，在負載工作，在負載R

6、L上得到一個完整的被放大的交流上得到一個完整的被放大的交流信號。信號。4.2 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路 互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess類型：類型：4.2.1 電路組成和工作原理電路組成和工作原理1. OTL互補對稱電路互補對稱電路（1）OTL乙類互補對稱電路乙類互補對稱電路電路特點：電路特點：1）單電源供電）單電源供電;2）射極輸出，輸出端加有大電容。）射極輸出

7、，輸出端加有大電容。C2的作用：隔直通交；儲的作用：隔直通交；儲存電能，代替一個電源。存電能，代替一個電源。靜態(tài)分析靜態(tài)分析 靜態(tài)時，電源通過靜態(tài)時，電源通過VT1向向C2充電，調整參數充電，調整參數R1、R2使得三極管發(fā)射極使得三極管發(fā)射極電位：電位：2CCAVU死死區(qū)區(qū)電電壓壓動態(tài)分析動態(tài)分析 ui0,VT1導通導通VT2截止，截止，iL=iC1,RL上得到上得到上正下負的電壓；上正下負的電壓； uiiLiC2iC1 tttt動態(tài)分析動態(tài)分析 ui0,VT1導通導通VT2截截止，止，iL=iC1,RL上得到上上得到上正下負的電壓；正下負的電壓； IcmuiiLiC2iC1 tttt動態(tài)分析

8、動態(tài)分析 ui0,VT1截止截止VT2導導通，通，iL=iC2,RL上得到上負上得到上負下正的電壓。下正的電壓。IcmuiiLiC2iC1 tttt優(yōu)點：電路省掉大電容，改善了低頻響應，又有優(yōu)點：電路省掉大電容，改善了低頻響應，又有利于實現集成化。利于實現集成化。缺點：三極管發(fā)射極直接連到負載電阻上，若靜缺點：三極管發(fā)射極直接連到負載電阻上，若靜態(tài)工作點失調或電路內元器件損壞，將造成一個態(tài)工作點失調或電路內元器件損壞，將造成一個較大的電流長時間流過負載，造成電路損壞。實較大的電流長時間流過負載，造成電路損壞。實際使用的電路中常常在負載回路接入熔斷絲作為際使用的電路中常常在負載回路接入熔斷絲作為

9、保護措施。保護措施。OCL電路的優(yōu)缺點：電路的優(yōu)缺點：4.2.2 互補對稱電路主要參數的估算互補對稱電路主要參數的估算1. OCL互補對稱電路主要參數的估算互補對稱電路主要參數的估算設三極管設三極管VT1、VT2特性特性曲線對稱，則曲線對稱，則Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem LCCRViC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVccIcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI（1）最大輸出功率：）最大輸出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)(21222忽略忽略UCES 則則LccomRVP

10、22集電極最大輸出電壓為集電極最大輸出電壓為 Ucem=VccUCES集電極最大輸出電流為集電極最大輸出電流為 Icm=（VccUCES)/RL直流電源直流電源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCcccmcccmccVRVRUVVIVttdIVP20222)(sin1（2）效率：）效率：5 .784VomPPCCCESCCVomVUVPP|4忽略忽略UCES 則則（3）功率三極管極限參數：）功率三極管極限參數：集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:流過三極管的最大集電極電流為流過三極管的最大集電極電流為:LCCLCESCCcmRVRUVI選擇三極管時集電極最大允許電流應為選擇

11、三極管時集電極最大允許電流應為:LCCCMRVI集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO: 當當VT2導通，導通，VT1截止截止時，時，VT1承受反向電壓：承受反向電壓：CCCESCCCEVUVu2|221 功率三極管集電極最大允許功率三極管集電極最大允許反向電壓為反向電壓為:CCCEOBRVU2)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM: 當集電極輸出電壓的峰值當集電極輸出電壓的峰值UOMVCC時，三極管的功時，三極管的功率功耗達到最大，此時，每個三極管的最大管耗為：率功耗達到最大，此時，每個三極管的最大管耗為：LCCTmRVP22當忽略三極管的飽和壓降當忽略

12、三極管的飽和壓降UCES時，最大輸出功率為：時，最大輸出功率為：LCComRVP22omTmPP2 . 0選擇三極管時集電極最大允許耗散功率應為選擇三極管時集電極最大允許耗散功率應為:omCMPP2 . 02. OTL互補對稱電路主要參數的估算互補對稱電路主要參數的估算iC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVcc/2IcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI2/（1）最大輸出功率：）最大輸出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)2/(21222忽略忽略UCES 則則LccLccomRVRVP82)2/(22設三極管設三極

13、管VT1、VT2特性曲線對稱，則特性曲線對稱，則Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,則則 集電極最大輸出電壓為集電極最大輸出電壓為 Ucem=Vcc/2UCES集電極最大輸出電流為集電極最大輸出電流為 Icm=（Vcc/2UCES)/RL直流電源直流電源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCCCCmcccmccVRVRUVVIVttdIVP22)(sin1220（2）效率：）效率：5 .7842822LccLccVomRVRVPP忽略忽略UCES 則則CCCESCCVomVUVPP2)2(（3）功率三極管極限參數：）功率三極管極限參數：集電極最大允許電

14、流集電極最大允許電流ICM:流過三極管的最大集電極電流為流過三極管的最大集電極電流為:LCCLCESCCcmRVRUVI22/選擇三極管時集電極最大允許電流應為選擇三極管時集電極最大允許電流應為:LCCCMRVI2集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO: 當當VT2導通，導通，VT1截止截止時，時，VT1承受反向電壓：承受反向電壓：CCCESCCCEVUVu|21 功率三極管集電極最大允許功率三極管集電極最大允許反向電壓為反向電壓為:CCCEOBRVU)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:omTmPP2 . 0選擇三極管時集電極最大允許耗散功率應為選擇三

15、極管時集電極最大允許耗散功率應為:omCMPP2 . 0當忽略三極管當忽略三極管UCES時，每個三極管的最大管耗也為：時，每個三極管的最大管耗也為：效率) 1 ()2/(2121222LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP (2)OTL乙類功放乙類功放 (3)OCL乙類功放乙類功放 (1)甲類功放甲類功放甲類電路的靜態(tài)電流較大，效率較低。甲類電路的靜態(tài)電流較大，效率較低。 (2)OTL乙類功放乙類功放 (3)OCL乙類功放乙類功放 (1)甲類功放甲類功放)2()2/(212LCESccomRUVP)3()(212LCESccomRUVP乙類功放靜態(tài)功耗等于零，效率較高。乙類功放靜

16、態(tài)功耗等于零，效率較高。OCL電路最大輸出功率：電路最大輸出功率：WRUVPLCESccom25.2082)220(2)(22例例4.2.1 解：解：7 .7066.2825.20VomPP效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCcccmcccmccV66.28822020222)(sin10集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:三極管的極限參數三極管的極限參數:ARVILCCCM5 . 2820集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO:VVUCCCEOBR402022)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:WPPomCM5252 . 02

17、. 0WRUVPLCESccom482)22/20(2)2/(228 .6237. 64VomPPOTL電路最大輸出功率：電路最大輸出功率：效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCCCCmcccmccV37. 682220202)(sin120集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:三極管的極限參數三極管的極限參數:ARVILCCCM25. 182202集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO:VVUCCCEOBR20)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:WPPomCM25. 125. 62 . 02 . 04.3 采用復合管的互補對稱式放大

18、電路采用復合管的互補對稱式放大電路增加復合管的目的是：增加復合管的目的是： 提高電流放大倍數，擴大提高電流放大倍數，擴大電流的驅動能力。電流的驅動能力。4.3.1 復合管的接法及其復合管的接法及其和和rbe1. 復合管的接法復合管的接法復合管連接的原則：復合管連接的原則：1）保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電）保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流形成適當的通路；流形成適當的通路；2)外加電壓的極性應使每個三極管均工作在放大狀態(tài)外加電壓的極性應使每個三極管均工作在放大狀態(tài).cbeT1T2ibicbecibicPNPNPNbecibicNPNPNP2. 復合管的復合管的和和rbe(1)由相同類型的三極管組成的復合管由相同類型的