第三章 功率放大电路第一节 学习规定第二节 功率放大电路的一般问题第三节 乙类双电源互补对称功率放大电路第四节 甲乙类互补对称功率放大器第一节 学习规定：1．理解功率放大电路的重要特点及其分类；2．熟悉常用功放电路的工作原理及最大输出功率和效率 的计算；3．理解集成功率放大电路及其应用本章的重点：OCL、OTL 功率放大器本章的难点：功率放大电路重要参数分析与计算第二节 功率放大电路的一般问题 功放以获得输出功率为直接目的它的一种基本问题就是在电源一定的条件下能输出多大的信号功率功率放大器既然要有较大的输出功率，固然也规定电源供应更大的注入功率因此，功放的另一基本问题是工作效率问题即有多少注入功率能转换成信号功率此外， 功放在大信号下的失真，大功率运营时的热稳定性等问题也是需要研究和解决的一、功率放大电路的特点、基本概念和类型1、特点：(1) 输出功率大(2) 效率高(3) 大信号工作状态(4) 功率BJT的散热2、功率放大电路的类型(1) 甲类功率放大器 特点：· 工作点Q处在放大区，基本在负载线的中间，见图5.1· 在输入信号的整个周期内，三极管均有电流通过。
· 导通角为360度缺陷： 效率较低，虽然在抱负状况下，效率只能达到50% 由于有ICQ的存在，无论有无信号，电源始终不断地输送功率当没有信号输入时，这些功率所有消耗在晶体管和电阻上，并转化为热量形式耗散出去；当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输出功率作用： 一般用于小信号电压放大器；也可以用于小功率的功率放大器2) 乙类功率放大器 特点：· 工作点Q处在截止区· 半个周期内有电流流过三极管，导通角为180度· 由于ICQ=0，使得没有信号时，管耗很小，从而效率提高 缺陷： 波形被切掉一半，严重失真，如图5.2所示作用： 用于功率放大3) 甲乙类功率放大器 特点：· 工作点Q处在放大区偏下· 大半个周期内有电流流过三极管，导通角不小于180度而不不小于360度· 由于存在较小的ICQ，因此效率较乙类低，较甲类高 缺陷： 波形被切掉一部分，严重失真，如图5.3所示作用： 用于功率放大返回第三节 乙类双电源互补对称功率放大电路 一、电路构成 在图5.4所示电路中，两晶体管分别为NPN管和PNP管，由于它们的特性相近，故称为互补对称管。
静态时，两管的ICQ=0；有输入信号时，两管轮流导通，互相补充 既避免了输出波形的严重失真，又提高了电路的效率 由于两管互补对方的局限性，工作性能对称， 因此这种电路一般称为互补对称电路 二、分析计算1. 输出特性曲线的合成 由于输出信号是两管共同作用的成果， 因此将T1、T2合成一种能反映输出信号和通过负载的电流的特性曲线合成时考虑到： （1）vi=0时,VCEQ1=Vcc ， -VCEQ2=Vcc， 因此 Q1=Q2 （2）由流过RL的电流方向知ic1与ic2方向相反即两个纵坐标轴相反 （3）特性的横坐标应符合：vCE1+vEC2=Vcc-(-Vcc)=2Vcc vCE1的原点与-vCE2=2Vcc点重叠；-vCE2的原点与+vCE1=2Vcc点重叠 由以上三点，得两管的合成曲线如图5.6所示这时负载线过Vcc点形成一条斜线，其斜率为-/RL显然，容许的iC的最大变化范畴为2ICm，vCE的变化范畴为2（VCC-VCES）=2Vcem=2IcmRL如果忽视BJT的饱和压降VCES，Vcem=IcmRL≈VCC。
2. 计算输出功率Po 在输入正弦信号幅度足够的前提下，即能驱使工作点沿负载线在截止点与临界饱和点之间移动如图5.6所示波形 输出功率用输出电压有效值V0和输出电流I0的乘积来表达设输出电压的幅值为Vom，则 这正好是图5.6中△ABQ的面积由于Iom=Vom/RL，因此 图5.5中的T1 、T2可以当作工作在射极输出器状态，AV≈1当输入信号足够大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm时，可获得最大的输出功率 由上述对Po的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电源电压VCC或减少负载阻抗RL 但必须对的选择功率三极管的参数和施加必要的散热条件，以保证其安全工作3.BJT的管耗PT4、电源提供的功率 5、效率η 三、功率BJT的选择1、最大管耗和最大输出功率的关系 上式表白：当Vom" 0.6VCC时，BJT具有最大的管耗， 因此，功率三极管的选择应满足如下条件： 例题：P220，5.2.3已知：vi为正弦波，RL=8W， VCES=0，Pom=9W求 （1）±VCC的最小值， （2）BJT的ICM、 （3）Pom=9W时的Pv （4）BJT的PCM （5）vi的有效值 解(1) (2)BJT的ICM＞ Iom 返回第四节 甲乙类互补对称功率放大器 图5.5所示电路具有电路简朴，效率高等特点，广泛用于直流电机和电磁阀控制系统中。
但由于BJT的ICQ=0, 因此在输入信号幅度较小时，不可避免地要产生非线性失真 --交越失真，如图5.7所示 产生交越失真的因素：功率三极管处在零偏置状态，即：VBE1+ VBE2=0 解决措施：为消除交越失真，可以给每个三极管一种很小的静态电流，这样既能减少交越失真， 又不至于使功率和效率有太大影响就是说，让功率三极管在甲乙类状态下工作增大VBE1+VBE2 一、甲乙类双电源互补对称电路（OCL） 1. 基本电路 甲乙类双电源互补对称电路如图5.8所示其中图5.8（a）所示的偏置电路是克服交越失真的一种措施由图可见， T3构成前置放大级(注意,图中末画出T3的偏置电路),T1和T2构成互补输出级静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、 T2提供了一种合适的偏压,使之处在微导通状态由于电路对称，静态时ic1=ic2,iL=0, vo=0有信号时，由于电路工作在甲乙类, 虽然vI很小(D1和D2的交流电阻也小)， 基本上可线性地进行放大。
上述偏置措施的缺陷是，其偏置电压不易调节而在图 5.8（b）中， 流人T4的基极电流远不不小于流过 R1、 R2的电流， 则由图可求出VCE4=VBE4(R1+R2)/R2，因此，运用T4管的VBE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V)，只要合适调节R1、R2的比值,就可变化T1、T2的偏压值这种措施，在集成电路中常常用到2. 特点： 图5.9是用NPN管驱动的OCL电路，其特点与图5.8所示电路同样 （1） 静态时RL上无电流 ； （2） D1、D2（或R，或R、D）供应T1、T2两管一定的正偏压，使两管处在微导通状态 ； （3） RC是T3的集电极负载电阻， A、B两点的直流电位差始终为1.4V左右，但交流电压的变化量相等； （4）电路规定T1、T2的特性对称； （5）需要使用对称的双电源二、甲乙类双电源互补对称电路（OTL） 1、基本电路 图5.10是采用一种电源的互补对称原理电路， 图中由T3构成前置放大级，T1和T2构成互补对称电路输出级静态时，一般只要R1、R2有合适的数值，就可使IC3、VB2和V1达到所需大小，给T1和T2提供一种合适的偏置，从而使K点电位VK=VCC/2。
当有信号vi时， 在信号的负半周， T1导电，有电流通过负载RL,同步向C充电；在信号的正半周，T2导电，则己充电的电容C起着图5.8中电源-VCC的作用，通过负载RL放电，如图5.11所示 只要选择时间常数RLC足够大(比信号的最长周期还大得多)， 就可以觉得用电容C和一种电源VCC可替代本来的+VCC和-VCC两个电源的作用 2. 电路特点 （1） 静态时RL上无电流 ； （2） D1、D2（或R，或R、D）供应T1、T2两管一定的正偏压，使两管处在微导通状态 ，即工作于甲乙类状态； （3） RC3是T3的集电极负载电阻，b1、b2两点的直流电位差始终为1.4V左右，但交流电压的变化量相等； （4）仅需使用单电源，但增长了电容器C,C的选择要满足? =RLC足够大（比vi的最大周期还要大得多），使VC=0.5VCC； （5）T3的偏置电压取自K点,具有自动稳定Q点的作用，调节R2可以调节VK 3. 静态工作点的调节 电路如图5.12所示 （1） VC=0.5VCC 的调节 用电压表测量K点对地的电压，调节R2使VK=0.5VCC。
2）静态电流IC1、IC2的调节 一方面将RW的阻值调到最小，接通电源后， 在输入端加入正弦信号用示波器测量负载RL两端的电压波形， 然后调节RW，输出波形的交越失真刚好消失为止4、存在的问题及解决措施（1）存在问题 上述状况是抱负的事实上，图5.10的输出电压幅值达不到Vom= Vom/2，这是由于当vi为负半周时，T1导电，因而iB1增长，由于RC3上的压降和VBE1的存在，当K点电位向+VCC接近时，T1的基流将受限制而不能增长诸多，因而也就限制了T1输向负载的电流，使RL两端得不到足够的电压变化量，致使Vom明显不不小于VCC/22）改善措施 如果把图5.10中D点电位升高， 使VD＞+VCC， 例如将图中D点与+VCC的连线切断，VD由另一电源供应，则问题即可以得到解决一般的措施是在电路中引人R3、C3等元件构成的所谓自举电路，如图5.13所示3）自举电路的作用静态时 当R3C3足够大时，VC3不随vi变化，可觉得基本不变这样，当vi为负时，T1导电， vK将由VCC/2向改正方向变化， 考虑到vD=vC3+vK= VC3+vK，显然，随着K点电位升高，D点电位vD也自动升高。
因而，虽然输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使T1充足导电这种工作方式称为自举，意思是电路自身把vD提高了5、几点阐明 （1）由于T1、T2的工作电压均为0.5Vcc，因而PO、PT、PV等的计算，只须将乙类互补电路指标计算中的Vcc代之以0.5Vcc即可 （2）由于互补对称电路中的晶体管都采用共集电极的接法， 因此输入电压必须稍 不小于输出电压为此，输入信号需经1- 2 级电压放大后，再用来。