9.1 9.1 功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型本章目录本章目录总目录点击即可进入学习9.2 9.2 功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算9.3 9.3 改进型功率放大电路改进型功率放大电路改进型功率放大电路改进型功率放大电路9.4 9.4 集成功率放大器集成功率放大器集成功率放大器集成功率放大器习题解答习题解答模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页如：如：扩音系统扩音系统实际负载实际负载 在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为大器称为功率放大器。功率放大器。功率放大电路的特点和基本类型功率放大电路的特点和基本类型 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页 一、功放电路的特点一、功放电路的特点（2） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）输出功率）输出功率Po尽可能大尽可能大Icuce模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（ ）。）。Po: 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。（5）功放电路中）功放电路中半导体器件在大信号条件下运用时，电半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，并要有适当的保护措施。题，并要有适当的保护措施。模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页单电源供电，又称单电源供电，又称OTL(Output OTL(Output TransformerlessTransformerless) )电路电路双电源供电电路，称双电源供电电路，称OCL(OutputOCL(Output CapacitorlessCapacitorless) )功功放电路放电路二、功放电路的基二、功放电路的基本类型本类型 功率放大电路主要有功率放大电路主要有互补对称式互补对称式和和变压器耦合变压器耦合推挽式推挽式二种类型二种类型 1 1、互补对称式、互补对称式 模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页OTLOTL功功率率放放大大器器要要求求输输入入端端(T(T1 1、T T2 2基基极极) )上上的的静态电压也为静态电压也为V VCCCC/2/2，即，即I I=(V=(VCCCC/2)+/2)+i i。 单电源互补对称功率放大器增加了一只大单电源互补对称功率放大器增加了一只大容量容量( (几百几千微法几百几千微法) )的的电解电容器。电解电容器。 当静态时当静态时( (i i=0)=0)，T T1 1和和T T2 2都截止。它们的射极电压都截止。它们的射极电压 为为V VCCCC/2/2，所以电容器所以电容器C C上充有上充有V VCCCC/2/2的电压，输出的电压，输出 o o= -= - C C=0=0。 信信号号 i i为为正正半半周周时时，T T1 1导导电电，使使T T2 2截截止止，负负截截R RL L上上流流过过正正半半周周电电流流；信信号号为为负负半半周周时时，电电容容器器C C上上的的电电压压V VCCCC/2/2作作为为电电源源，T T2 2导导电电，T T1 1截截止止，负负载载上上流流过过负负半半周周信信号号电电流流。所所以以电电容容C C要要有有足足够够大大的的容容量量，使使得得在在信信号号负负半半周周时时能能提提供供出较大的电流。出较大的电流。 模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页 互补对称功率放大器由于在静态条件下互补对称功率放大器由于在静态条件下T T1 1和和T T2 2都处于截止状态，所以它的静态功耗为零，但在都处于截止状态，所以它的静态功耗为零，但在动态时存在严重的动态时存在严重的交越失真交越失真。 为为了了克克服服交交越越失失真真，必必须须给给互互补补对对称称功功率率放放大大电电路路设设置置一一定定的的静静态态工工作作点点( (使使信信号号 i i=0=0时时，T T1 1、T T2 2管管都都处处于于微微导导电电状状态态) )。根根据据静静态态工工作作点点的的不不同同设设置置，互互补补对对称称功功率率放放大大器器可可以以工工作作在在乙乙类类，即即导导电电角角=180=180；甲甲类类功功放放，即即导导电电角角=360=360和和甲乙类功放，即导电角甲乙类功放，即导电角=180=180360360。模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页2. 2.变压器耦合推挽式变压器耦合推挽式由由变压器原理可知变压器原理可知 是是由由变压器付边负载电阻折合到原边后的等效电阻。变压器付边负载电阻折合到原边后的等效电阻。变变压器耦合的突出优点是可通过改变变压器的变比，能找到一个压器耦合的突出优点是可通过改变变压器的变比，能找到一个最佳的等效负载最佳的等效负载(此时输出功率最大，且不失真此时输出功率最大，且不失真)。并且，在不。并且，在不提高电源电压的条件下，可以使输出电压的幅度提高电源电压的条件下，可以使输出电压的幅度Vom超过电源超过电源电压。电压。模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页一一. 甲类功率放大器分析甲类功率放大器分析1、三极管的静态功耗：、三极管的静态功耗：若若电源提供的平均功耗：电源提供的平均功耗：则则IcuceQuceQIcQ9.2 功率放大电路的分析计算功率放大电路的分析计算模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页2.动态功耗动态功耗（当输入信号（当输入信号Ui时）时）输出功率输出功率: 要想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面积使功率三角形的面积大，即必须使大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大输出功率最大输出功率:MNUomIom功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页电源提供的功率：电源提供的功率：此电路的最高效率：此电路的最高效率：甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小输出功率小 静态功率大，效率低静态功率大，效率低最大输出功率最大输出功率:模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页1、结构、结构互补对称：互补对称： 电路中采用两个晶电路中采用两个晶体管：体管：NPN、PNP各各一支；一支； 两管特性一致。组两管特性一致。组成互补对称式射极输成互补对称式射极输出器。出器。二、乙类互补对称功率放大电路二、乙类互补对称功率放大电路 模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页2、工作原理、工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页输入输出波形图输入输出波形图uiuouT2uT1 交越失真交越失真死区电压死区电压模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页3、组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页（2）最大不失真输出功率）最大不失真输出功率Pom（1）输出功率）输出功率Po4、分析计算、分析计算负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCES模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页一个管子的管耗一个管子的管耗 （3）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页（4）电源供给的功率）电源供给的功率PE当当（5）效率）效率 最高效率最高效率 max模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页5 5、三极管的最大管耗、三极管的最大管耗 问：问：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1对对Uom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出： PT1max发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页6、选功率管的原则：、选功率管的原则：(1) PCM PT1max =0.2PoM模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点消除交越失真消除交越失真甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路9.3 改进型功率放大电路改进型功率放大电路模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页 静态时静态时: T1、T2两管发射结电压分两管发射结电压分别为二极管别为二极管D1、 D2的正向导通的正向导通压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周周 T2 截止截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。降低，进入良好的导通状态。电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路基本原理基本原理 一、甲乙类互补对称功率放大电路一、甲乙类互补对称功率放大电路1. 甲甲乙类双电源互补对称电路乙类双电源互补对称电路EWB仿真仿真模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页2.2.带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器 模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页带运放前置放大级的功率放大电路带运放前置放大级的功率放大电路运放运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：串联负反馈。整个电路的电压放大倍数： 模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页3. 带复合管的带复合管的OCL互补输出功放电路：互补输出功放电路： T1：电压推动级（前置级）电压推动级（前置级） T2、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路克服交越失真克服交越失真 T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放复合管构成互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型型晶体管，两者特性容易对称。晶体管，两者特性容易对称。特别注意：特别注意：甲甲乙类互补对乙类互补对称电路的计算同乙类称电路的计算同乙类模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页1、基本原理、基本原理. 单电源供电；单电源供电；. 输出加有大电容。输出加有大电容。（1）静态偏置）静态偏置二二. 甲甲乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路(OTL) 调整调整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使此时电容上电压此时电容上电压模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电电容起到了负电源的作用）源的作用）Ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；Ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页（3）输出功率及效率）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：注意：注意：OCL双双电源供电，电源供电，OTL单电源供电，除了这单电源供电，除了这一点之外两者完全相同，一点之外两者完全相同，所以：只要把所以：只要把OCL计算公计算公式中的式中的VCC变为变为1/2 VCC ，就得到就得到OTL的计算公式。的计算公式。模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页如：如：OCLOTL模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：此电路存在的问题：此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到度受到限制，达不到VCC/22. 带自举电路的单电源功放带自举电路的单电源功放用用自举电路自举电路来解决来解决模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页带自举电路的单电源功放带自举电路的单电源功放静态时静态时C1充电后，其两充电后，其两端有一固定电压端有一固定电压动态时动态时由于由于C1很大，两端电很大，两端电压基本不变，使压基本不变，使C1上上端电位随输出电压升端电位随输出电压升高而升高。保证输出高而升高。保证输出幅度达到幅度达到VCC/2。C1、R7为为自举电路自举电路模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页9.4 9.4 集成功率放大器集成功率放大器 一一般般通通用用型型集集成成运运放放的的输输出出功功率率是是很很小小的的，如如A741A741的的输输出出功功率率仅仅为为100mW100mW左左右右。在在需需要要较较大大功率场合，可选用集成功率放大器。功率场合，可选用集成功率放大器。 5W5W音频音频放大器放大器OTLOTL电路，电路，34dB34dB增益，增益，BW=300kHzBW=300kHz，8 8欧姆负欧姆负载时输出功率载时输出功率5W5W。音量音量调节调节改善改善音质音质低频低频旁路旁路电源电源去耦去耦模拟电子技术第九章模拟电子技术第九章上页上页首页首页下页下页OCLOCL音频放大音频放大器（器（20W20W）交流电压交流电压串联负反串联负反馈馈C C1 1、C C2 2、C C3 3、C C4 4电源电源去耦滤波去耦滤波C C7 7、C C5 5、R R3 3改改善音质用善音质用D D1 1、D D2 2正负正负向限幅向限幅