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1、(8-1),例1： 扩音系统,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。,8.1 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。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。一般直接驱动负载，带载能力要强。,(8-2),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 、UCEM 、 PCM 。,(8-3),(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。即注意提高电
2、路的效率（）。,Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,提高效率,减小失真,管子的保护,输出功率大,(8-4),射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：,射极输出器能否做功率放大？,(8-5),射极输出器效率的估算：,(设RL=RE),(8-6),若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：,uo的取值范围,直流负载线,交流负载线,UCEQ = 0.5USC,静态工作点：,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。,(8-7),放大电
3、路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。,1. 直流电源输出的功率,2. 最大负载功率,3. 最大效率,(RL=RE时),(8-8),功率放大电路提高效率的主要途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,乙类：导通角等于180,甲类：一个周期内均导通,甲乙类：导通角大于180,丙类：导通角小于180,(8-9),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。,(8-10),OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、
4、PNP各一支；两管特性一致。,类型：,8.2 互补对称功率放大电路,(8-11),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）,电路的结构特点：,1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,2. 双电源供电。,3. 输入输出端不加隔直电容。,(8-12),动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,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。,因此，不需要隔直电容。,静态分析：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,(8-13)
5、,乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,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。,(8-14),(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。,乙类放大的特点：,(8-15),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。,负载上得到的最大功率为：,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：,(8-16),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:,两个电源提供的总功率为：,USC1 =U
6、SC2 =USC,返回,(8-17),效率为：,结论：该电路效率较高； 电流、电压波形存在失真。,(8-18),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。,(8-19),克服交越失真的措施：,静态时 T1、T2两管发射结电位 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。,电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。,(8-20),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 步提高，进入良好的导通 状态。
7、从而克服死区电压 的影响，去掉交越失真。,(8-21),甲乙类放大的波形关系：,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。,(8-22),为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。,2. UBE电压倍增电路,合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。以满足不同电路克服交 越失真的需要。,图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I IB，则,(8-23),3. 电路中增加复合管,增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。,复合管的构成方式：,方式一：,(8
8、-24), 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,(8-25),改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T1、R1、R2： UBE倍增电路,T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级,准互补,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,(8-26),8.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路 （OTL电路）,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,(8-27),三、动态分析,设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， UC基本保持在0.5USC ，
9、负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,(8-28),四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,(8-29),实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,(8-30),8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,8.3.2 分析计算,8.3.1 电路组成,8.3.3 功率BJT的选择,(8-31),8.3.1 电路组成,由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用
10、正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。,1. 电路组成,2. 工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。,(8-32),8.3.2 分析计算,图解分析,(8-33),1. 最大不失真输出功率Pomax,实际输出功率,8.3.2 分析计算,忽略VCES时,(8-34),8.3.2 分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,2. 管耗PT,两管管耗,(8-35),3. 电源供给的功率PV,当,4. 效率,当,8.3.2 分析计算,(8-36),1. 最大管耗和最大输出功率的关系,因为,8.3.3 功率BJT的选择,当 0.6VCC 时具有最大管耗,0.2
11、Pom,选管依据之一,(8-37),功率与输出幅度的关系,8.3.3 功率BJT的选择,2. 功率BJT的选择,(8-38),8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,(8-39),8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,乙类互补对称电路存在的问题,(8-40),8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,1. 静态偏置,可克服交越失真,2. 动态工作情况,二极管等效为恒压模型,设T3已有合适 的静态工作点,交流相当于短路,(8-41),8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,VBE4可认为是定值,R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。,(8-42),8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使 VKVCVCC/2（电容C充电达到稳态）。,当有信号vi时 负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电,正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。,只要满足RLC T信号，电容C就可充当原来的VCC。,计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。,
