第第8章章功率放大电路功率放大电路1功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2射极输出器甲类放大的实例射极输出器甲类放大的实例3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路4甲乙类互补对称功放电路甲乙类互补对称功放电路5集成功率放大器集成功率放大器功率放大器 最新例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构1、功率放大器的作用：、功率放大器的作用：功率放大电路是一种以输出较大功率为目的功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。的放大电路。用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱动执行机构。如使扬声器发声、驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、继电器动作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。因此，因此，要求同时输出较大的电压和电流。要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。1 1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一、特点与要求一、特点与要求功率放大器 最新2、功放电路的特点、功放电路的特点(1)在允许的非线性失真范围内，要有尽可能大的输出功率在允许的非线性失真范围内，要有尽可能大的输出功率 。ICMPCMUCEMiCuCE(2)h参数等效电路法不适用，只能用图解法分析。参数等效电路法不适用，只能用图解法分析。(3)功率放大管处于极限运用状态。功率放大管处于极限运用状态。(4)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（注意提高电路的效率（ ）。）。Pomax :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。一、特点与要求一、特点与要求F提高效率提高效率F减小失真减小失真F管子的保护管子的保护3、要解决的问题、要解决的问题功率放大电路与前面介绍的电压放大电路没有本质上的区别！功率放大电路与前面介绍的电压放大电路没有本质上的区别！功率放大器 最新1.按工作点位置分按工作点位置分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于180iCuCEQiCtQQQ二、分类二、分类功率放大器 最新2.按耦合方式分按耦合方式分阻容耦合（阻容耦合（OTL）变压器耦合变压器耦合直接耦合直接耦合二、分类二、分类功率放大器 最新RB+ECC1C2TRERLuiuo特点：特点：电压增益近似为电压增益近似为1，电流，电流增益很大，输出电阻小，带负载增益很大，输出电阻小，带负载能力强。能力强。2 2 射极输出器甲类放大的实例射极输出器甲类放大的实例一、电路结构及工作原理一、电路结构及工作原理uoioui-EE-+ECRLT1REiBIASIREFT3T2iBIAS=IREFuoioui-EE-+ECRLT1功率放大器 最新一、电路结构及工作原理一、电路结构及工作原理uoioui-EE-+ECRLT1iBIASt设发射结偏置电压为设发射结偏置电压为 则输出电压则输出电压t设设T1的饱和压的饱和压UCES0.2Vuo正向振幅最大值正向振幅最大值uo负向振幅最大值负向振幅最大值若若T1首先截止首先截止若若T3首先出现饱和首先出现饱和IREFT3T2iBIAS=IREFuoioui-EE-+ECRLT115v放大器的效率放大器的效率-15v功率放大器 最新1电路形式电路形式2变压器的作用变压器的作用起起“隔直通交，阻抗变换隔直通交，阻抗变换”的作用。的作用。采用采用B的优点：的优点：提高了电源电压的利用率，使输出动态范围变大。提高了电源电压的利用率，使输出动态范围变大。B的初级绕组等效电路的初级绕组等效电路三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器Rb1ReRb2RL+ECCeBRL=n2RLiLU1II1功率放大器 最新IC(mA)UCE(V)3电路分析电路分析（1）直流负载线与静态工作点）直流负载线与静态工作点UCE=ECIEReECICReRe用于稳定用于稳定Q点，通常很小，故点，通常很小，故UCEEC实际实际这样就可以决定静态工作点这样就可以决定静态工作点UCEECECRb1ReRb2RL+ECCeB三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器Q功率放大器 最新3电路分析电路分析Rb1ReRb2RL+ECCeB三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器IC(mA)UCE(V)UCEECECuotibiot（2）交流负载线）交流负载线由由uce的波形可见，的波形可见，T的的uCE在某些时候大于在某些时候大于电源电压电源电压EC，这是因为变压器的初级绕组，这是因为变压器的初级绕组中感应电动势的正半周与直流电源的极性中感应电动势的正半周与直流电源的极性一致的缘故。一致的缘故。Q功率放大器 最新3电路分析电路分析Rb1ReRb2RL+ECCeB三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器IC(mA)UCE(V)UCEECECuotiotQ（3）最佳交流负载线）最佳交流负载线当负载当负载RL给定后通过调整给定后通过调整Q点和变压器的点和变压器的n，便得到一个最佳交流负载线，即输出，便得到一个最佳交流负载线，即输出电压和电流的幅度均为可能的最大值电压和电流的幅度均为可能的最大值2EC2ICQ2ICQ接近于接近于ICM2EC接近于接近于UCEM（4）输出功率和效率）输出功率和效率在忽略饱和压降和穿透电流在忽略饱和压降和穿透电流的情况下的情况下POM=UceIc功率放大器 最新3电路分析电路分析Rb1ReRb2RL+ECCeB三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器IC(mA)UCE(V)UCEECECuotiotQ2EC2ICQ（4）输出功率和效率）输出功率和效率直流电源供给的功率：直流电源供给的功率：ICQiot无信号无信号有信号有信号PE=ECICQ即即不不论论是是否否有有信信号号，电电源源供供给的功率总是给的功率总是ECICQ则则实际效率约为实际效率约为25%30%功率放大器 最新（5）集电极的耗散功率）集电极的耗散功率PC=PEPo在在PE不变时：不变时：PoPC当当Po=0时，即无信号输入时，时，即无信号输入时，PC=PE这时集电极的耗散功率为最大：这时集电极的耗散功率为最大：PC=PE=2Po4功放电路提高效率与减小失真的矛盾功放电路提高效率与减小失真的矛盾办法：降低办法：降低Q点点但又会引起截止失真但又会引起截止失真采用采用推挽输出电路，推挽输出电路，或或互补对称射极输出器互补对称射极输出器若能控制若能控制ICQ随输入信号变化而变化，则可解决效率问题。随输入信号变化而变化，则可解决效率问题。Rb1ReRb2RL+ECCeB3电路分析电路分析三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器功率放大器 最新例例：对对单单管管甲甲类类功功率率放放大大器器，电电容容认认为为短短路路，N1 N2=1000 160，且且为为理理想想变变压压器器，求：求：（1）负载上所得到的最大不失真功率）负载上所得到的最大不失真功率POM；（2）电路的效率）电路的效率（3）T的极限参数：的极限参数：PCM、UCEM、ICM解：（解：（1）电路静态时，如果忽略）电路静态时，如果忽略T的基极电流，则的基极电流，则UE=UBUBE=1.690.7=0.99vICQ=UE/Re=0.99/0.051=19.4mAUCEQ=ECUE=60.99=5v5.1k2k5186vRb1ReRb2RL+ECCeB三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器19.4iC(mA)uCE(v)5vQ交流负载线：交流负载线：RL=n2RL=(1000/160)28=0.3125k=tg1(1/RL)72o72o功率放大器 最新由此算出交流负载线与横轴的交点为：由此算出交流负载线与横轴的交点为：5+ICQ/tg72o=11.3v与纵轴的交点为：与纵轴的交点为：11.3tg72o=34.8mA72o该电路输出电流的不失真幅度：该电路输出电流的不失真幅度：Icm=34.819.4=15.4mA该电路输出电压的不失真幅度：该电路输出电压的不失真幅度：UCEm=5v最大不失真输出功率：最大不失真输出功率：POM=UcemIcm/2=515.4/2=38.5(mw)5.1k2k5186vRb1ReRb2RL+ECCeB19.4iC(mA)uCE(v)5vQ11.3v34.8（2）电路的效率：）电路的效率：（3）极限参数：）极限参数：POM2POM=238.5=77mwUCEO2Ucem=25=10vIcm2ICM=215.4=30.8mA三、单管甲类功率放大器三、单管甲类功率放大器功率放大器 最新OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型：互补对称功放的类型互补对称功放的类型无输出变压器形式无输出变压器形式（OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式（OCL电路）电路）3互补对称功率放大电路（互补对称功率放大电路（OTL）功率放大器 最新互补对称：互补对称：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器组成互补对称式射极输出器一、一、OTL电路电路iC1iC2T1T2RLECECui-ECT1T2uo+ECRLiL1、电路组成、电路组成 NPN型型iCuoRLPNP型型iCuoRL功率放大器 最新ic1ic2静态时：静态时：ui=0VT1、T2均不工作均不工作uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1 ;ui-ECT1T2uo+ECRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。两个晶体管都只在半个周期内工作。2、工作原理（设、工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）一、一、OTL电路电路3、特点：、特点：(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期；功率放大器 最新uiuououo交越失真交越失真死区电压死区电压4、输入输出波形图、输入输出波形图ic1ic2ui-ECT1T2uo+ECRLiL一、一、OTL电路电路功率放大器 最新假设假设（1）ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2工作于极限状态；工作于极限状态；（2）不考虑死区电压，忽略晶体管的饱和压降。）不考虑死区电压，忽略晶体管的饱和压降。负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：则则RL上的电压和电流分别为：上的电压和电流分别为：5、分析计算、分析计算 ui-ECT1T2uo+ECRLiLiCuCEQECiCuCEQEC一、一、OTL电路电路功率放大器 最新负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：5、分析计算、分析计算 ui-ECT1T2uo+ECRLiL电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为： tic1效率为：效率为：一、一、OTL电路电路功率放大器 最新管耗的计算：管耗的计算：两个晶体管的总功耗为：两个晶体管的总功耗为：5、分析计算、分析计算 ui-ECT2T1uo+ECRLiL一、一、OTL电路电路功率放大器 最新6、存在的问题、存在的问题2、阻抗不匹配、阻抗不匹配 例如：RL=8，PL=50w时负载两端电压的有效值为幅值ULm= UL=28.3v此时，电源电压必须大于28.3v，功放管耐压要求大于57v。3、要求两种不同类型的功放管（、要求两种不同类型的功放管（NPN和和PNP）且要求特性比较对称。）且要求特性比较对称。4、需要两个电源供电。、需要两个电源供电。1、存在交越失真。存在交越失真。ui-ECT2T1uo+ECRLiL一、一、OTL电路电路功率放大器 最新二、互补对称功率放大电路的改进二、互补对称功率放大电路的改进用一个电源供电的电路用一个电源供电的电路EC/2RLT1T2+ECCAUL+-UCui特点特点单电源供电；单电源供电；输出加有大电容。输出加有大电容。ui-ECT2T1uo+ECRLiL功率放大器 最新动态分析动态分析若输出电容足够大，其上电压基若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交流信号正负半周对称，但存在交越失真。越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源）相当于电源）（1）当）当ui0时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；（2）当）当ui0时，时， T1截止、截止、T2导通。导通。EC/2RLT1T2+ECCAUL+-UCui电路刚接通时，由于电路刚接通时，由于EC的作用，给的作用，给C充电，直到充充电，直到充电电压为电电压为EC/2时，时，T1、T2静止；静止；二、互补对称功率放大电路的改进二、互补对称功率放大电路的改进用一个电源供电的电路用一个电源供电的电路功率放大器 最新ui+ECRLT1T2T3CRA中间级代替中间级代替EC/2调节调节R,使静态使静态,UC3=0.5ECic1ic2EC/2RLT1T2+ECCAUL+-UCui二、互补对称功率放大电路的改进二、互补对称功率放大电路的改进用一个电源供电的电路用一个电源供电的电路功率放大器 最新D1D2ui+ECRLT1T2T3CRARe1Re2D1、D2使使b1和和b2之间的电位差等于之间的电位差等于2个二个二极管正向压降，克服交越失真极管正向压降，克服交越失真D的的r小，小，R大，因此，两个二极管的交流大，因此，两个二极管的交流压降小，使压降小，使ui能够顺利地加到功放管。能够顺利地加到功放管。Re1、Re2：电阻值：电阻值12 ，射极负反馈电阻，也，射极负反馈电阻，也起限流保护作用起限流保护作用b1b24甲乙类互补对称功放电路甲乙类互补对称功放电路一、改善交越失真的电路一、改善交越失真的电路功率放大器 最新+EC-ECuiiLRLT1T2A二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）存在交越失真存在交越失真OTL电路中的电容使低频特性变差。电路中的电容使低频特性变差。1、OTL电路中的问题电路中的问题D1D2ui+ECRLT1T2T3CRARe1Re2b1b2功率放大器 最新2、克服交越失真的措施：、克服交越失真的措施：R1D1D2R2静态时静态时:T1、T2两管发射结电位分别为两管发射结电位分别为二极管二极管D1、D2的正向导通压降，致的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；使两管均处于微弱导通状态；动态时：动态时：设设ui 加入正弦信号。正半周加入正弦信号。正半周T2截止，截止，T1基极电位进一步提高，基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周进入良好的导通状态；负半周T1截截止，止，T2基极电位进一步提高，进入基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。良好的导通状态。电路中增加电路中增加R1、D1、D2、R2支路支路二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）+EC-ECuiiLRLT1T2A功率放大器 最新为更好地和为更好地和T1、T2两发射结电位配合，两发射结电位配合，克服交越失真，电路中的克服交越失真，电路中的D1、D2两二极管可两二极管可以用以用UBE电压倍增电路替代。电压倍增电路替代。3、UBE电压倍增电路电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、B2间间便可得到便可得到UBE 任意倍数的电压。任意倍数的电压。假设假设IIB，则，则二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）R1D1D2R2+EC-ECuiiLRLT1T2A功率放大器 最新R1D1D2R2+EC-ECuiiLRLT1T2A3、UBE电压倍增电路电压倍增电路二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）+EC-ECULuiiLRLT1T2BER1R2IBI功率放大器 最新二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）+EC-ECULuiiLRLT1T2BER1R2IBI4、电路中增加复合管、电路中增加复合管+ECR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6IT1：电压推动级电压推动级输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶型晶体管，两者特性容易对称。体管，两者特性容易对称。功率放大器 最新二、改善低频特性的电路（二、改善低频特性的电路（OCL）5、带保护电路的互补对称输出级、带保护电路的互补对称输出级过载保护电路由过载保护电路由D1、D2、R3、R4组组成，正常工作时，成，正常工作时，R3、R4上的电压上的电压较小，较小，D1、D2截止，保护电路不起截止，保护电路不起作用。一旦过载，流过作用。一旦过载，流过T3或复合管或复合管的电流超过额定值，的电流超过额定值，R3、R4上的电上的电压显著增加，结果使压显著增加，结果使D1或或D2导通，导通，分流了流进分流了流进T3或复合管基极的电流，或复合管基极的电流，限制了输出电流，从而保护了输出限制了输出电流，从而保护了输出管。管。+ECR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6ID2D1R3R4功率放大器 最新5集成功率放大器集成功率放大器特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM380：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V14-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端输入端（一般（一般2脚接地）脚接地）8-输出端（经输出端（经500 电容接负载）电容接负载）)12345678910111213141-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）功率放大器 最新集成功放集成功放LM380内部电路内部电路这是一个单电源甲乙类互补对称功放电路，使用时需在输出端外接这是一个单电源甲乙类互补对称功放电路，使用时需在输出端外接一大电容代替一组负电源的作用。一大电容代替一组负电源的作用。T3-T6组成复合结构差分放大输入级，组成复合结构差分放大输入级，T5-T6是其有源负载。是其有源负载。T12组组成功放的推动级。成功放的推动级。外接旁路电容外接旁路电容u0+ECT7R2CT1T8R4T5T3T10T6T4T2T11T9T12D2D1R1BR1AR6R7R5uin(14)R3uiP功率放大器 最新集成功放集成功放LM380外部电路典型接法：外部电路典型接法：500 -+0.1 2.7 8146215 Ecui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容功率放大器 最新集成功放集成功放SHM1150II：RLuoSHM1150II+ECui-EEuiuoT1R1T2T6T5T7R12I1R2R8R7R6T4T8I2RfR10R9CR13R11T9T10+EC-EEe2c2e1c1功率放大器 最新第8章 结束功率放大器 最新