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1、2019年7月3日星期三,第 4 章 功率放大器及其应用,2019年7月3日星期三,功率放大器简称功放，是一种向负载提供功率的放大器。一般多级放大器总要带动一定的负载，如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出一定的功率，因而一般多级放大器最后一级都要设置为功率放大器。,差分放大器,功率放大器，提供较强输出功率（电流）以驱动负载,多级放大器,OUT,2019年7月3日星期三,4.1 功率放大器,主要要求：,1.掌握功率放大器的分类,2.了解功率放大器的工作原理,3.了解功率放大器的基本参数及应用,2019年7月3日星期三,1.输出功率足够大,放大器实质都是将电源的直流功率转化为负载输出的交变功
2、率，转换效率是其重要性能指标，效率高、损耗小才是理想的功放。,功放的工作于大信号输入状态，无法使用小信号的微变等效方法。,消耗的那部分功率以热能形式散发。,2.效率尽可能高,3.非线性失真尽可能小,4.散热须良好,5.分析应用图解法，微变等效电路法不适用,2019年7月3日星期三,4.1.1 甲类功率放大器,按照功放管的静态工作点位置不同，其工作状态可以分为甲类、乙类和甲乙类放大等形式。,Q点在放大区 正中央,Q点在放大区 与截止区临界,Q点在放大区 但接近截至区,导通角2,导通角,导通角2,2019年7月3日星期三,1.阻容耦合放大器,三极管T的静态工作点位置必须居中，即工作于甲类放大状态，
3、只有这样才能保证输出的电流、电压在线性放大区有最大摆动幅度，才输出最大不失真功率。,2019年7月3日星期三,A,功放的最大不失真输出功率是指在正弦信号输入下，失真不超过额定要求时，电路输出最大信号功率，用最大输出电压有效值和最大输出电流的乘积表示。,输出断路测量时，,Ucem表示最大不失真的集电极发射极正弦电压幅值，Icm表示集电极正弦电流的幅值。,Pom为三角形ABQ的面积,2019年7月3日星期三,效率是功放的重要参数，是指负载得到的信号功率和电源供给的功率比值的百分数，即Pom/PV，其中PV为直流电源提供的功率，为,功放工作在甲类状态时电源供给功率与输出信号电流iC无关。即无论有无信
4、号输入输出，电源供给功率是固定的。,2019年7月3日星期三,管耗即功放管消耗的功率，主要发生在发射极上，称为集电极耗散功率PT。,此式说明电源供给功率由输出信号功率和管耗两部分组成，未加输入信号时管耗最大达到UCEQICQ，有信号输入则管耗减小，减小的部分就是输出功率Pom。,2019年7月3日星期三,静态工作点为,Q点,2019年7月3日星期三,交流负载线上可知，最大不失真的Icm=20mA，Ucem=0.16V，故有,虚线是更为理想的交流负载线,2019年7月3日星期三,2.变压器耦合单管功率放大器,利用变压器的阻抗变换作用，可将负载电阻RL换算到变压器一次侧，对于理想变压器来说,可以利
5、用上式把交流负载电阻变换成所需数值。变压器的一次绕组直流电阻很小，Re电阻很小，故直流负载线几乎是竖直的，交横轴uCE于UCC点。,可见其交流通路中，有,2019年7月3日星期三,交流负载线斜率-1/n2RL，交横轴于2UCC，交纵轴于2ICQ。此时输出功率最大，为,此时效率也最大，为,以上推倒过程均为理想状况下，故而可见甲类功放最高效率只有50%，一般变压器也存在损耗，以及管子饱和压降、Re上的压降等原因，实际效率还低得多。,2019年7月3日星期三,4.1.2 推挽功率放大器,欲提高功放效率，一是增加放大电路的动态范围以增加输出功率，二是减小电源供给功率，即是要求在UCC一定条件下减少静态
6、电流ICQ，此时通常采用乙类或甲乙类推挽功放。,为了防止降低单管Q点位置可能出现削波失真，需要NPN与PNP两个对管交替的放大，一推一拉，输出信号由两管输出信号拼接而成，故名推挽式功放。,互补的、参数对称的对管。,2019年7月3日星期三,1.电路组成与工作原理,当输入正弦信号时，正半周信号使VT1导通、VT2截止，负载上输出半个正弦波；负半周信号使VT1截止、VT2导通，负载上输出另半个正弦波。,2019年7月3日星期三,上述推挽功放中对管工作于甲乙类状态，而不是乙类状态，这是为了减少“交越失真”。,为了减少交越失真，可使对管工作点稍高于截止点，即在两管的发射结加上很小的正偏压，各管都有一个
7、很小的静态电流IC，放大器工作于甲乙类状态，而不会对效率有很大影响。,由于乙类状态中，三极管静态Q点在截止点，没有基极偏流，而管子的输入特性有一段死区，且特性开始部分非线性比较严重，在两管交替工作时则有图（a）所示的交越失真现象。,2019年7月3日星期三,2.输出功率、效率的估算,在忽略静态电流IC、饱和压降UCES和穿透电流ICEO条件下，可将理想对管按乙类估算，且只分析一个管子的情况就可以了。,则最大输出功率为,UCES0，可以忽略。,2019年7月3日星期三,直流电源供给功率为,可见，电源供给的功率随输入、输出信号的大小自动调节，显然效率要高于甲类功放。则电路在最大输出功率时的效率为,
8、推挽式功放效率比甲类单管功放高了很多。以上功放都是变压器耦合式功放，具有体积大、不易集成，频率窄，有功率损耗，易产生自激等缺点，无输出变压器功放才是发展趋势。,2019年7月3日星期三,4.1.3 互补对称功率放大器,互补对称功放是一种典型的无输出变压器式功放。其利用特性对称的NPN和PNP的对管交替工作、互相补充，一般工作在甲乙类状态，效率接近乙类功放的78.5%。,1.甲乙类互补对称功放（OCL）,与变压器耦合的乙类推挽功放一样，由于晶体管输入特性死区问题，互补对称电路在乙类状态下也有交越失真。,VT3为前置级，静态势其集电极电位UC3=0V。利用VT3集电极电流在VD1、VD2上的压降，
9、为VT1与VT2提供一个合适的正向偏压，使其工作于甲乙类状态，克服交越失真。,互补对称对管,克服交越失真,2019年7月3日星期三,一种更为常见的可以设置静态工作电流的互补对称功放电路。VT1、VT2基极间电压为,调节R2可以方便地调节两功放管的静态电流，这种电路又叫“uBE扩大电路”。,2019年7月3日星期三,2.单电源互补对称功放（OTL）,乙类,甲乙类,用单电源供电显然更加方便，这种电路也称为OTL（无输出变压器）电路。,输出电容C不但起到隔直通交作用，而且利用其储能特性能够在负半周信号输入时提供VT2管放大的工作偏压。,2019年7月3日星期三,3.复合管互补对称功放,使用复合管可以
10、进一步增强放大效果。复合管仍等效成互补对称的对管，而末级对管为同一类型的更易选配，此种电路称为准互补对称电路。,互补对称OCL,准互补对称OTL,等效NPN管,等效NPN管,等效PNP管,等效PNP管,2019年7月3日星期三,4.1.4 集成功率放大器,单片音频功放5G37,最大不失真输出功率23W，适应工作电压1420V，负载416，可作为普通音频功放应用于收音机、录音机、电视机中。,2019年7月3日星期三,5G37的典型应用电路,2脚为信号输入端，R1、R2是偏置电阻，调节R1可改变输出（6脚）的直流电位，使其值为UCC/2。消振电容C3接于3、4脚之间，用于防止高频自激。脚1接的R3、C2串联支路与5G37内部的反馈电阻共同构成交流电压串联负反馈，改变R3的值可以调节放大器的增益。,2019年7月3日星期三,用5G37接成的BTL电路,用两块5G37可以接成BTL形式的电路，解决低电压工作时输出功率不足的问题。,
