功率放大电路基础知识讲解

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1、第三章功率放大电路第一节学习要求第二节 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要求：1. 了解功率放大电路的主要特点及其分类；2. 熟悉常用功放电路的事情原理及最大输出功率和效率的盘算；3. 了解集乐成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：功率放大电路主要参数阐发与盘算第二节功率放大电路的一般问题功放以得到输出功率为直接目的。它的一个根本问题就是在电源 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，虽然也要求电源供给更大的注入功率。因此，功放的另一根 本问题是事情效率问题。即有多

2、少注入功率能转换成信号功率。另外， 功放在大信号下的失真，大功率运行时的热稳定性等问题也是需要研 究息争决的。一、功率放大电路的特点、根本看法和类型1、特点：(1) 输出功率大(2) 效率高(3) 大信号事情状态(4) 功率BJT的散热 2、功率放大电路的类型(1) 甲类功率放大器图5.1特点：事情点Q处于放大区，根本在负载线的中间，见图5.1。在输入信号的整个周期内，三极管都有电流通过。导通角为360度。缺点：效率较低，纵然在理想情况下，效率只能到达50%。由于有1第的存在，无论有没有信号，电源始终不绝地输送功率。 当没有信号输入时，这些功率全部消耗在晶体管和电阻上，并转化为 热量形式耗散出

3、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：通常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) 乙类功率放大器图5.2特点：-事情点Q处于截止区。半个周期内有电流流过三极管，导通角为180度。由于八亓0，使得没有信号时，管耗很小，从而效率提高。 CQ缺点：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) 甲乙类功率放大器图5.3特点： 事情点Q处于放大区偏下。泰半个周期内有电流流过三极管，导通角大于180度而小于360度。由于存在较小的ICQ，所以效率较乙类低，较甲类高。缺点：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

4、三节 乙类双电源互补对称功率放大电路一、电路组成由于它在图5.4所示电路中，两晶体管分别为NPN管和PNP管， 们的特性相近，故称为互补对称管。T rx静态时，两管的I =0；有输入信号时，两管轮流导通，相互增、-.-CQ 一 -、补。既制止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不敷，事情性能对称，所以这种电路通常 称为互补对称电路。图5.5二、阐发盘算1.输出特性曲线的合成（1）（2） 轴相反。因为输出信号是两管配相助用的结果，所以将T、T合成一个 能反应输出信号和通过负载的电流的特性曲线。合成时考虑到： v=0 时,V =V ，-V =V，因此 Q=Q。iCEQ1 c

5、cCEQ2 cc12由流过Rl的电流偏向知ic1与ic2偏向相反。即两个纵坐标（3）特性的横坐标应切合：匕”尸（义）二2匕v的原点与-V =2V点重合；-V的原点与+v =2V点重合。CE1CE2 ccCE2CE1 cc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 V点形成一条斜线，其斜率为/rl。显然，允许的iC的最大变革范畴 为2I，v的变革范畴为2（V -V）=2V =2I R。如果忽略BJT的 Cm CECC CEScem cm L饱和压降V ，V =I R eV。CES cem cm L CC2.盘算输出功率？o在输入正弦信号幅度足够的前提下，即能驱使事情点沿负载线在 截

6、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的乘积来体现。设输出电压的幅值为 Ip = v 1= liz z颇，则岌4也也2 p = m这恰好是图5.6中ABQ的面积。因为Iom=Vom/RL，所以 斗图5.5中的二、T2可以看成事情在射极输出器状态，A产1。当 输入信号足够大，使v2=v = v = V - v eV和I =i时；可得到im om cem CC CESCC om cm最大的输出功率退退斗由上述对P的讨论可知，要提供放大器的输出功率，可以增大电 源电压V或低落负载阻抗R。但必须正确选择功率三极管的参数和 施加须要的散热条件，以包管其

7、宁静事情。3. BJT的管耗PT敬 r i r 、.(ijjt)&td (就)4、电源提供的功率_ C 2 yy： km2田 l冗 4 吼若%间则&二亨5、效率n% % .叽 工W /一初 2叫2咆么 4施当膏可广日寸吁二% EM5%l-ctc!_!_J三、功率BJT的选择1、最大管耗和最大输出功率的干系故 y =0.6 OT2LL-n上式表明：当Vom 0.6VCC时，BJT具有最大的管耗，21 J7 1必晃因此，功率三极管的选择应满足以下条件:珞扑.2%0） 歹E例题：已知：七为正弦波，Rl=8W，Vces=0，Pom=9W 求（i）vcc的最小值，（2）BJT 的 I”（3）Pm=9W

8、时的 P（4）BJT的Pcm（5）七的有效值解故 QI涉12F(2) BJT 的 IcmIom二告二号 m 膈 12L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单，效率高等特点，遍及用于直流电 机和电磁阀控制系统中。但由于BJT的I =0,因此在输入信号幅度 较小时，不可制止地要产生非线性失真-交越失真，如图5.7所示。图5.7产生交越失真的原因：功率三极管处于零偏置状态，即：V +BE1VBE2=0解决步伐：为消除交越失真，可以给每个三极管一个很小的静态 电流，这样既能淘汰交越失真，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事情。增大V +V。、甲

9、乙类双电源互补对称电路（OCL）0）二极管偏置0） %扩大电路偏置吃1 +吃=阳班1 矿跑电4 = 艮1艮丁），艮图5.81. 根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要领。由图可见，T组成前置 放大级（注意，图中末画出T3的偏置电路），二和T2组成互补3输出级。静 态时，在DD2上产生的压降为TT2提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态。由于电路对称，静态时i=i ,i=0, v=0。有信号 时，由于电路事情在甲乙类，纵然v很小(D1和2D的交损电阻也小)， 根本上可线性地进行放大。1 2上述偏置要领的缺点是，其偏置电压不易调解

10、。而在图5.8(b) 中，流人T4的基极电流远小于流过RR2的电流，则由图可求出 V =V (R+R4)/R，因此，利用T管的V根本为一牢固值(硅管约为CE4 BE4 1224BE40.6 0.7V)，只要适当调治RR2的比值，就可改变TT2的偏压值。这种要领，在集成电路中经常用到。1 22. 特点：图5.9图5.9是用NPN管驱动的OCL电路，其特点与图5.8所示电路一 样。(1) 静态时rl上无电流；(2) D、D (或R，或R、D)供给T、T两管一定的正偏压，使两管处于微导通状态；12(3) *是门的集电极负载电阻，A、B两点的直流电位差始终 为1.4V左右，但交换电压的变革量相等；(4

11、) 电路要求TT2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）图 5.101、根本电路图5.10是采取一个电源的互补对称原理电路，图中由T组成前 置放大级，T和T2组成互补对称电路输出级。静态时，一般只要R、 R有适当的数值，就可使I、V和V到达所需巨细，给T和T提供2 C3 R2 112一个符合的偏置，从而使K点电位Vk=Vcc/2。当有信号v时，在信号的负半周，T导电，有电流通过负载 R,同时向C充电；在信号的正半周，T导电，则己充电的电容C起着 图5.8中电源-V的作用，通过负载R2放电，如图5.11所示。只要 选择时间常数RCC足够大（比信号的最长周

12、期还大得多），就可以认 为用电容C和二个电源V可取代原来的+V和-V两个电源的作用。图 5.112. 电路特点（1）静态时rl上无电流；（2）D、D （或R,或R、D）供给T、T两管一定的正偏压， 使两管处于微导通状态，即事情于甲乙类状态；（3）RC3是T的集电极负载电阻，bb2两点的直流电位差始终 为1.4V左右；但交换电压的变革量相等；2（4）仅需使用单电源，但增加了电容器C,C的选择要满足？=RlC足够大（比七的最大周期还要大得多），使七二0.5七仲L（5）T的偏置电压取自K点，具有自动稳定Q点的作用，调治R可以调解v23. 静态事情点的调解电路如图5.12所示。图 5.12(1) 七二

13、0.5七c的调解用电压表丈量K点对地的电压，调解使Vk=0.5Vcc。(2) 静态电流I” IC2的调解首先将R的阻值调到最小，接通电源后，在输入端参加正弦信 号用示波器变量负载rl两端的电压波形，然后调解，输出波形的 交越失真恰好消失为止。W4、存在的问题及解决步伐(1)存在问题上述情况是理想的。实际上，图5.10的输出电压幅值达不到V = V /2，这是因为当v为负半周时，T导电，因而i增加，由于R上 的压降和V的存在i当K点电位向+v靠近时，T的基流将受限制而 不能增加茸多，因而也就限制了二输向负载的电流，使rl两端得不 到足够的电压变革量，致使V。m明显小于V/2。L(2)改造步伐Om

14、CC如果把图5.10中D点电位升高，使V+V，例如将图中D点 与+V的连线切断，V由另一电源供给，则问题即可以得到解决。通 常的步伐是在电路中引人R、C等元件组成的所谓自举电路，如图5.13所示。图 5.13(3) 自举电路的作用 静态时十号一当R3C3足够大时，VC3不随Vj变革，可认为根本稳定。这样，当 v.为负时，L导电，vk将由VC /2向改正偏向变革，考虑到vd=vc3+vk= v+v，显然，随着K点电位升高，D点电位vD也自动升高。因而，K 纵然输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iBi，使Tj充实导电。 这种事情方法称为自举，意思是电路自己把七提高了。5、几点说明(1) 由于TT2的事情电压均为0.5V，因而P。、Pt、Pv等的盘 算，只须将乙类互补2电路指标盘算中的vcc代之以o.5vcc即可：(2) 由于互补对称电路中的晶体管都采取共集电极的接法，所 以输入电压必须稍 大于输