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1、第九章 功率放大电路,第九章 功率放大电路,9.1 概述,9.2 互补输出级的分析计算,9.1 概述,一、功率放大电路研究的问题,二、对功率放大电路的要求,三、晶体管的工作方式,四、功率放大电路的种类,1. 性能指标：输出功率和效率。 若已知Uom，则可得Pom。,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U(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 。称为工作在尽限状
2、态。,一、功率放大电路研究的问题,二、对功率放大电路的要求,1. 输出功率尽可能大:即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。 2. 效率尽可能高: 即电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。,4. 解决散热问题,3. 非线性失真小,三 . 功放电路的分类,功放按电路结构区分可分为：,1. 变压器耦合功放,变压器耦合功放是最早采用的功率放大电路。主要特点为：,a) 电路简单，体积大， 输出功率小。,b) 效率低， 50%,c) 频率响应差，失真大。,2. OTL (Output transformerless)功放,OTL功放为单电源供电，主要特点为：,c) 静态
3、时 VO= VCC/2,a)采用互补推挽电路作为电路的输出级，该电路易集成，体积小，输出功率较大。,b) 效率较高， 78.50%,d) 低频段频率响应差。,3. OCL (Output Capacitorless)功放,OCL功放为对称双电源供电，主要特点为：,a)采用互补推挽电路作为电路的输出级，该电路易集成， 是本节讨论重点。,c) 静态时VO= 0,b) 效率较高， 78.50%,d) 频率响应好。,若晶体管在信号的整个周期内均导通(即导通角 =360), 则称之工作在甲类状态 ,构成的功放称为甲类功放 。,四.功放电路输出级晶体管的工作状态,1.甲类状态(Q点设在负载线中央）,根据晶
4、体管静态偏置的不同，功放电路可分为: 甲类、乙类、甲乙类和丙类功率放大器。,乙类功放的IC 0，静态时不消耗功率， 最高78.5。,2.乙类状态,若晶体管仅在信号的正半周或负半周导通（即导通 角 = 180 ），则称之工作在乙类状态 ；,甲乙类功放静态时消耗功率低于甲类高于乙类。,3.甲乙类状态,若晶体管的导通时间大于半个周期且小于周期（即导通角 =180 360 ），则称之工作在甲乙类状态 ；,原始的互补功率输出级电路的原形是双共集电路，NPN管与PNP管极性相反特性相同且互补。每支晶体管只担任半个周期信号的放大。,9.2 互补功率放大电路,原始的互补功率输出级电路,克服交越失真的互补功率输
5、出级电路,一.电路分析,乙类OCL功放,互补推挽电路的电路原形是CC电路，具有CC电路 的基本特性：,Ri 大; 输入电流小;,RO 小输出电流大;,vO vi 电压跟随,功放电路分析主要计算 的电路参数为： POM 最大交流平均输出功率； PT 晶体管功率损耗 (管耗) ； h 效率h = PO / PV,1). 最大交流平均输出功率POM,vo= -vce= ic1 RL,输出最大时 VOM =VCC VCES,波形关系：,正半周时交直流 负载线为：,vCE=VCC iC1 RL,VCES2,VCES1,最大不失真电流 Iom= Icm1 = Icm2,最大不失真幅度 Vom= Vcem1
6、 = Vcem2=VCC-VCES,输出最大电流的振幅值为：,输出最大电压的振幅值为：,VOM =VCC -VCES,最大输出平均功率为：,当VCC VCES 时,大功率管的UCES常为23V。,2).晶体管功率损耗(管耗)PT,设：vi=Vimsint ; vo=Vomsint,3).最大两管管耗PTM, 当Vom0.64VCC 时，管耗最大。,(两管管耗),假设最大输出功率为10W，选额定管耗大于2W的晶体管。,单管管耗PT1M= PT2M = 0.2POM,4).电源供给的功率PV,5).效率,当满激励时 Vom =VCC -VCESVCC ;,放大器功率计算小结：,当Vom= 0.64
7、VCC 时,管耗最大。PTM 0.4POM,当Vom=VCC时,效率最高。PT0.27POM、,电路设计时应保证输出功率晶体管的极限参数满足,PT1,20.2POM 、UBR(CEO)2VCC 、ICMAXVCC/RL。,二、单电源互补对称电路(OTL电路),OTL电路 单电源,OCL电路 双电源,图示电路中IC为集成互补推挽功放电路，若忽略IC中输 出晶体管的饱和压降，则电路的最大输出功率POM 约等于 ( ) 。,1) 6W； 2) 9W； 3) 12W； 4) 15W 。,单选题：,3,例1. 设电路如图所示, 设VCES= 0，试计算：,(1) vi的有效值Vi=10V 时, 电路的输
8、出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率；,(2) vi的幅值Vim =20V时, 电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。,解:(1)vi =10V,(2) Vim= VCC 则 Vom= VCC =20V, 为满激励情况。,讨论一,3. 最大输出功率和效率的表达式；,1. 指出图中放大电路部分；,2. 说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，若为交流负反馈则说明其反馈组态；,4. 说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；,5. 说明D1D3和RW的作用，C1C4的作用；,6. 说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。,讨论二：出现下列故障时，将产生什么现象?,1. R2短路； 2. R2断路； 3. D1短路； 4. D1断路； 5. T1集电极开路。,T2、T5的极限参数： PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。,故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！,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！,作业 9.1 9.4 9.13,
