第7章 功率放大器 1 7.1 功率放大器的特点及类型 7.2 A类输出级 7.3 B类输出级 7.4 AB类输出级 7.5 功率放大器输出级的设计 7.6 集成功率放大器 第7章 功率放大器 2 介绍 功率放大器是指能输出大功率信号的放大电路。 主要由4级直接耦合放大器组成。包括： 1、前置放大器(差分结构） 2、中间放大级 3、功率推动级 4、功率输出级 5、偏置电路 3 功率放大器与前述电压放大器考虑问题的着眼点有所 不同，需要特别考虑。 u一般电压放大器为小信号放大器。以获得电压增益为 主。主要考虑输入输出阻抗和通频带等参数。 u功率放大器为大信号放大器。以获得功率增益为主（ 大电压大电流）。主要考虑输出功率，效率、非线性失 真，安全保护等问题。 从能量转换的角度看 功率放大器是在输入信号作用下，将直流电源 的直流功率转换为输出信号功率。 7.1功率放大器的特点及类型 7.1.1 功率放大器的特点 4 7.1功率放大器的特点及类型 输出级分类依据： 在功放中，通过选择不同的静态工作点，使功率管工作在A类、B 类、AB类、C类等。 导通角360度 （b）B类放大器（a）A类放大器 导通角180度 7.1.1 功放输出级的分类 5 7.1功率放大器的特点及类型 （c）AB类放大器（d）C类放大器 导通角大于180度远小于360度导通角小于180度 7.1.1 功放输出级的分类 6 7.1功率放大器的特点及类型 C类：效率高，但需要滤波网络方可取出基波波形。 几种类型的比较： A类：效率低，管耗较大（无信号时，直流功耗 ICQ ）单 管全波波形。 B类：效率高，有非线性失真（交越失真），只有半波， 需两管推挽获得全波波形。 AB类：效率较高，分析同B类，但可改善非线性失真（Q 点升高）。 BACK 7.1.1 功放输出级的分类 7 7.2 A类输出级 晶体管VT2、VT3以 及电阻R组成恒流源 ，为放大管VT1提供 静态电流I。 射极跟随器VT1具有 高电流增益、低输出 阻抗的特点。 8 一、A类输出级的传输特性 7.2 A类输出级 射极跟随器的传输特性表述为： 线性区域的最大值由VT1的饱和 状态确定： 线性区域的最小值由VT1截止 或VT2饱和确定： 后者值更小 9 7.2 A类输出级 二、信号波形（假设Vcc=|VEE|） A类输出级电路在I=Vcc/RL或者等效于RL=Vcc/I条件下的最大输出信号波形10 7.2 A类输出级 电源提供的总平均功率： 负载上的平均功率： 功率转换效率： 时，可获得最大效率 理论上A类输出级可获得的最效率是25%， 实际效率自能达到10%20%。 BACK 三、输出功率及转换效率 当 11 7.3 B类输出级 B类输出级电路 互补晶体管结构电 路 工作方式是推挽的 最大功率转换效率 为 78.5% 12 一、传输特性 7.3 B类输出级 B类输出级的传输特性曲线 13 7.3 B类输出级 二、输出功率及转换效率 负载获得的最大功率 ： 负载的平均功率： 两个直流电源提供的总功率： 最大功率转换效率： 转换效率： 14 7.3 B类输出级 三、管耗 B类输出极的静态功耗为0，当有信号输入时， 上式两边对 求导，并令导数等于0。 平均管耗： 得到： 最大管耗： BACK 每管的管耗为总管耗的一半： 7.3 B类输出级 15 7.3 B类输出级 四、采用复合管的B类输出级 1、复合管的电流放大倍数 ： 2、复合管的基极输入电 阻 具有较高的电流增益和较大的输入电阻 复合管的类型由前一个晶体管的类型决定 复合管的输出电流、饱和压降等特性由后 一个晶体管决定 返回 16 7.4 AB类输出级 晶体管的基极之间 接有偏置电压，提供偏 置电流。这样，在 很小时两个晶管依然导 通，交越失真几乎可以 完全消除掉。 一、电路结构和工作原理 17 用一对二极管VD1和 VD2 代替直流电源实现输出级的偏 置功能。 7.4 AB类输出级 二、常见的几种AB类输出级偏置方式 为二极管提供静态电流， VT1和VT2的静态电流 n为晶体管发射结结面积与偏置 二极管的结面积之比。 采用二极管对功放进行偏置，可以 提高偏置电流的热稳定性。 18 偏置电路由 、VT3、R1和 R2组成。 利用电压倍增器进行偏置 。 7.4 AB类输出级 BACK 流过R1和R2的电流 19 7.5 功率放大器输出级的设计 一、输出级工作方式的选择 A类输出级 特点 ：不存在交越失真，是理想的放大电路； 转换效率太低，重量体积太大； AB类输出级 特点：小信号输入时，具有A类输出级优良的线性特性； 大信号输入时，具有B类较高的转换效率。 B类输出级 特点：功耗较A类低；存在交越失真 C类输出级 特点：应用于射频电路，不能用于低频功率放大。 20 7.5 功率放大器输出级的设计 二、BJT功率管和MOS功率管的比较 特 性 VDMOS功率 管 BJT功率管 电流能力小大 功率处理能 力 小大 击穿电压1000V以下可到3000V 开关速度快慢 二次击穿无有 温度特性 负温度特性 ，好，可 多个器件 串并联 正温度特性， 不好，多 个器件不 好串并联 驱动方式 电压驱动 ， 驱动电 路简单 电流驱动， 驱动电 路复杂 和IC的兼容性好差 工艺要求高低 制造成本高低 21 7.5 功率放大器输出级的设计 三、功率管的选择 1晶体管的最大管耗 2最大管压降 3集电极允许的最大电流 实际应用时，为了保证功率管安全工作，满足 ： 实际应用时，为了保证晶体管不反向击穿，满足： 满足： 22 7.6 集成功率放大器 LM380集成功率放大器 23 7.6 集成功率放大器 由TDA2040组成的功放电路 24