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1、9.1 概 述,9.2 甲类功率放大器,9.4 甲乙类功率放大器电路,9.5 甲乙类单电源功率放大器,第九章 功率放大电路,9.3 乙类功率放大器,例： 扩音系统,什么是功率放大电路？ 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。以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路,9.1 概述,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使,输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配。,一、功放电路的特点和要求,1、输出功率尽可能大,在大功率三极管的输出特
2、性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有过电流区过电压区过损耗区 它们的位置如图所示。,过电流区是由最大允许集电极电流 确定的，超过此值，将明显下降。,过电压区由c、e间的击穿电压 U(BR)CEO所决定。,过损耗区由集电极功耗PCM所决定。,三极管的极限工作区,2、非线性失真要小,3、效率要高,4、功放管散热和保护问题不可忽视,5、分析方法,放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命,二、分类,甲类功放：,在一个信号周期内都有电流流过晶体管 管子的导通角为360o 静态电流大于0，管耗大，效率低,乙类
3、功放：,管子只有半个周期内导通 管子的导通角为180o 静态电流等于0，效率高,甲乙类功放：,管子的导通时间大于半个周期但是小于一个周期，比半个周期稍多些,丙类功放：管子导通时间小于半个周期,9.2 甲类功率放大器,可获得的最大交流功率为,RL选择很重要，实际RL都偏小要得到合适RL，就需要进行阻抗匹配，变压器可实现。,直流电源提供的直流功率,集电极电阻RC的功率损耗,晶体管集电极耗散功率,变压器耦合功率放大器,结论：输入信号越大, 输出功率越大,输出功率,电源提供的功率,结论:有无信号时电源供给的功率都相同，因此输出功率小时，管耗大。,无信号时:,有信号时:,效率,静态时管耗最大，即,最高效
4、率,功放管的选择,三极管的极限工作区,小结：,1、输入信号越大，Po, 越大。,2、Po越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。,3、甲类功放最高效率为50%。,4、要管子安全工作的重要参数是PCM、ICM和U(BR)CEO。,5、效率低的主要原因是静态损耗大。,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小静态功率大，效率低,9.3 乙类功率放大器,一、电路组成,结构特点:,互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。,互补推挽电路,无输出电容乙类互补功率放大电路 （OCL电路）(P168及486),二、工作原理（设ui为正弦波）,静态时：,
5、ui = 0V ic1、ic2均=0（乙类工作状态） uo = 0V,动态时：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。,u,u,V,CC,V,CC,o,i,L,R,当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时NPN型三极管导电，有电流通过 负载RL，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。,当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负 载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流
6、导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。,三、分析计算(P488),Icm2,ic的最大变化范围为：,uCE的最大变化范围为：,1、输出功率,2、电源功率PV,直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。,即PV Uom 。当Uom趋近VCC时，显然PV 近似与电源电压的平方成比例。,乙类互补功放电路的管耗,3三极管的管耗PT电源输入的直流功率，有一部分通过三极 管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极 管上，形成三极管的管耗。显然,将PT画成曲线， 如图所示。,一个管子的管耗,两管管耗,u,u,V,CC,V,CC,o,i,L,R,
7、三极管的最大管耗,问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？,用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出： PT1max发生在Uom=0.64VCC处。 将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：,4 、效率,最高效率max,选功率管的原则：,1、每只管子的最大允许管耗必须大于0.2倍的最大输出功率：,2、,三极管的极限工作区,3、,即：,小结:,1、乙类功放两管轮流工作,2、,3、,当 IB=0 时,严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。,乙类互补对称功放的缺点,输入输出波形图,死区电压,u,u,
8、V,CC,V,CC,o,i,L,R,存在交越失真,消除交越失真的OCL电路,静态时: T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态,动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,1.基本原理,9.4 甲乙类功率放大器电路,一. 甲乙类双电源互补对称电路,电路中增加 R1、 R2、 D1、D2、R3支路,波形关系：,特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。,利用uBE扩大电路进行
9、偏置的互补对称电路,二、复合管互补功率放大电路,1、复合管 (P123),IB,IE,IC1,IC2,IE1 =IB2,推动管,输出管,IC,增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,复合管的特点,复合管的是两个管1、2的乘积。 复合管的管型取决于推动管。 使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一致。,2. 带复合管的OCL互补输出功放电路,T1：电压推动级（前置级）,T2、R1、R2：UBE扩大电路,T3、T4、T5、T6： 复合管构成互补对称功放,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管
10、，两者特性容易对称。,合理选择R1、R2，b3、b5间可得到 UBE2 任意倍的电压。,v,v,L,R,T,3,T,T,6,5,o,T,4,1,T,2,T,i,3,R,R,1,2,R,9.5 甲乙类单电源功率放大器,一、单电源OTL互补功率放大电路(P485),它由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。这种电路也称为OTL互补功率放大电路。,（1）电路组成,（2）工作原理,动态时，当输入信号处于正半周时，T1导通，T2截止，ie1流过负载，产生uo,同时对电容充电。,当输入信号为负半周时，T1截止，T2导通，电容放电，产生电流ie2通过负 载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。,
11、UB,UA,静态时，UB = UA = VCC /2 ，T1、T2截止，即处于乙类工作状态，电容两端的电压为 VCC /2,于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。,例题：在OTL和OCL电路中，VCC均为15V，RL=10, UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电源提供的功率、效率.,解：在OTL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：,电源提供的功率和效率为：,在OCL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：,电源提供的功率和效率为：,1、结构特点,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,2 、
12、基本原理,二、甲乙类单电源互补对称电路,调整RW阻值的大小，可使,此时电容上电压,+,u,u,T,T,1,3,2,4,T,T,C,8,R,V,CC,1,R,2,R,R,L,R,5,R,6,W,R,U,P,i,O,（1）静态偏置,（2）动态分析,（电容起到了负电源的作用）,ui负半周时， T1导通、T2截止；,ui正半周时， T1截止、T2导通。,+,u,u,T,T,1,3,2,4,T,T,C,8,R,V,CC,1,R,2,R,R,L,R,5,R,6,W,R,U,P,i,O,3、输出功率及效率,vo,若忽略交越失真的影响。则：,例题:如图所示电路中,已知Vcc=15V,输入电压为正弦波,晶体管的饱和管压降VCES=3V,电压放大倍数约为1,负载电阻RL=4。 （1）求负载上可能获得的最大功率和效率； （2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少？,解：,（2）,最大输出功率,功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身的参数外，还与输入电压是否足够大有关。,作业：（第四版）P506 9.4 9.9,
