《模拟电路第四章低频功率放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路第四章低频功率放大电路（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 低频功率放大器4.1 教 学 要 求1、熟悉功率放大器的特点和主要研究对象。2、熟悉功率放大器的分类，掌握甲类、乙类、甲乙类的概念。3、熟练掌握OCL电路的工作原理及其性能分析，熟悉交越失真的概念及克服交越失真的方法；区别OTL与OCL电路的特点。4、正确估算功率放大电路的输出功率和效率，了解功放管的选择方法。5、了解集成功率放大器的性能特点及其应用。4.2 基本概念和内容要点4.2.1功率放大器的特点和主要研究对象功率放大器的主要功能是在保证信号不失真（或失真较小）的前提下获得尽可能大的信号输出功率。由于通常工作在大信号状态下，所以常用图解法进行分析。在功率放大器研究中需要关注的主要
2、问题有：1、要求输出功率Po尽可能大Po=VoIo （41）为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此，功放管往往在接近极限状态下工作。2、效率要高Po（交流输出功率） = 100% （42）PV（直流电源供给的功率）3、正确处理输出功率与非线性失真之间的矛盾同一功放管随着输出功率增大，非线性失真往往越严重，因此，应根据不同的应用场合，合理考虑对非线性失真的要求。4、功放管的散热与保护问题在功率放大器中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，功放管的散热是一个很重要的问题。此外，在功率放大器中，为了
3、输出大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功放管损坏的可能性也就比较大，所以，功放管的保护问题也不容忽视。4.2.2 低频功率放大器的分类通常在加入输入信号后，按照输出级晶体管集电极电流的导通情况，低频功率放大器可分为三类：甲类、乙类、甲乙类。如图4.1所示。甲类；在信号的一个周期内，功放管始终导通，其导电角=360o。该类电路的主要优点是输出信号的非线性失真较小。主要缺点是；直流电源在静态时的功耗较大，效率较低，在理想情况下，甲类功放的最高效率只能达到50%。ICQQICQvCEOiCQiB =常数tOiC（a）vCEOiCiB =常数tOiC（b）QvCEOiB =常数tO（c
4、）甲类放大 =2甲乙类放大 2乙类放大 =iCiC图 4.1 功率放大电路的分类乙类；在信号的一个周期内，功放管只有半个周期导通，其导电角=180o。该类电路的主要优点是直流电源的静态功耗为零，效率较高，在理想情况下，最高效率可达78.5%。主要缺点是；输出信号中会产生交越失真。甲乙类；在信号的一个周期内，功放管导通的时间略大于半个周期，其导电角180o360o。功放管的静态电流大于零，但非常小。这类电路保留了乙类功放的优点，且克服了乙类功放的交越失真，是最常用的低频功率放大器类型。T2viRL+VCCT1voVCC图 4.24.2.3 乙类双电源（OCL）互补对称功率放大电路1、电路组成如图
5、4.2所示。由两射极输出器组成基本的互补对称电路。OCL为Output Capacitorless（无输出电容器）的缩写。2、工作原理在输入信号vi的整个周期内，T1、T2轮流导电半个周期，使输出vo的iL是一个完整的信号波形，如图4.3所示。VCESiC1Q vCEOiB =常数IcmVcemiC2OVCES2Vcem2IcmVCESiC1Q VCCvCE1OiB =常数Icm1Vcem1（b）互补对称电路的工作情况（a）vi0时T1管的工作情况图 4.3 乙类OCL电路的工作原理3、电路的性能分析（1）输出功率Po1 Vom2Po=VoIo= （43）2 RL最大输出功率为：1 VCC2P
6、om （44）2 RL（2）晶体管管耗PT2 VCCVom Vom2PT=PT1+PT2= （45） RL 4当Vom0.6VCC时，具有最大管耗，最大管耗PT1M为：PT1M0.2Pom （46）（3）直流电源供给的功率PV2VCCVom PV=Po+PT= （47） RL 电源供给的最大输出功率为：2VCC2 PVm= （48） RL （4）效率Po Vom = = （49）PV 4VCC当VomVCC时，效率最高，最大效率为：Po = = 78.5% （410）PV 40.6vi/Vvo/Vt0t0vo，iL0.6交越失真4、功率管的选择（1）PCM0.2Pom （411）（2）V(BR
7、)CEO2VCC （412）（3）ICMVCC /RL （413）5、存在的问题由于电路没有直流偏置，而功率三极管的输入特性又存在死区，所以，输出信号在零点附近会产生交越失真图 4.4 交越失真现象，如图4.4所示。4.2.4 甲乙类双电源（OCL）互补对称功率放大电路1、引入思想为了克服交越失真，在静态时，为输出管T1、T2提供适当的偏置电压，使之处于微导通，从而使电路工作在甲乙类状态。2、甲乙类OCL电路静态点的设置方案如图4.5所示。T4R2R1T3T2vovi+VCCRLRC3T1RE3VCC（b）利用vBE扩大电路进行偏置（a）利用二极管进行偏置D2D1T3T2vovi+VCCRLR
8、C3T1RE3VCC图 4.5 甲乙类OCL电路的静态偏置图4.5（b）所示的偏置方法在集成电路中常用到。可以证明：R1VCE4=(1+ ) VBE4 （411） R2 适当调节R1、R2的比值，即可改变T1、T2的偏压值。3、电路的性能指标上述电路的静态工作电流虽不为零，但仍然很小，因此，其性能指标仍可用乙类互补对称电路的公式近似进行计算。4.2.5 单电源（OTL）互补对称功率放大电路1、电路原理图+VCC/2T2viRLT1voVCC/2（b）如图4.6（a）所示，图4.6（b）是其等效电路。OTL是Output Transformerless（无输出变压器）的缩写。+VCCK+T2vi
9、RLT1voC（a）图 4.6 单电源（OTL）互补对称功率放大电路图4.6（a）与图4.2的最大区别在于输出端接有大容量的电容C。当vi=0时，由于T1、T2特性相同，即有VK=VCC/2，电容C被充电到VCC/2。设RLC远大于输入信号vi的周期，则C上的电压可视为固定不变，电容C对交流信号而言可看作短路。因此，用单电源和C就可代替OCL电路的双电源。2、电路的性能指标OTL电路的工作情况与OCL电路完全相同，偏置电路也可采用类似的方法处理。估算其性能指标时，用VCC/2代替OCL电路计算公式中的VCC即可。4.2.6集成功率放大器随着线性集成电路的发展，集成功率放大器的应用也日益广泛。O
10、TL、OCL电路均有各种不同输出功率和不同电压增益的多种型号的集成电路。应当注意，在使用OTL集成电路时，需外接输出电容。4.3 典型习题详解【4-1】 在题图4.1（a）所示电路中，设BJT的=100，VBE=0.7V，VCES=0.5V，ICEO=0，电容C对交流可视为短路。输入信号vi为正弦波。（1）计算电路可能达到的最大不失真输出功率Pom;（2）此时RB应调节到什么数值？VomVCESVOQVCCvOOiCQ（b）（3）此时电路的效率=？viRL8RB+VCC(+12V)TvoC（a）题图 4.1【解】本题用来熟悉甲类放大电路的分析方法及特点。（1）先求输出信号的最大不失真幅值。由题
11、图4.1（b）可知：vO=VOQ+Vomsint1Vom= （VCCVCES）22VomVCCVCESVOQ+VomVCC VOQVomVCES因此，最大不失真输出功率Pom为：Vom 2 1 （VCCVCES）2 1Pom= = 2.07W2 RL 8 8VCCVCES 1VOQ= +VCES = （VCC+VCES） 2 2（2）静态时，VCCVOQ VCCVCES 120.5ICQ = = = 0.72ARL 2RL 28所以ICQ IBQ= = 7.2mA VCCVBE 120.7RB = = 1.57kIBQ 7.2Pom Pom 2.07 = = = 100%24%PV VCCICQ 120.72（3）甲类功率放大电路的效率很低.T2viRL+VCCT1voVCC【4-2】一双电
