第09章 功率放大器

1、9.1 概概 述述9.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 9.3 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路*9.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路u 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

2、推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器9.1 9.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取一一. 功放電路的主要技術(shù)指標(biāo)功放電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.最大最大輸出功率輸出功率omP功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為輸出功率。輸出功率。OOOUIP 最大輸出功率最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大是在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。交流功率。2.轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換功率放大電路的最大輸出功

3、率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。效率。VomPP二二. 功放電路的特點(diǎn)功放電路的特點(diǎn)（2） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大Icuce(3) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4) 電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的減少晶體管及線路

4、上的損失。即注意提高電路的效率（效率（ ）。）。Po: 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PV ：電源提供的直流功率。：電源提供的直流功率。%100VomPP（5）功放管散熱和保護(hù)問題）功放管散熱和保護(hù)問題三三. 功放電路的分析方法功放電路的分析方法 因?yàn)楣β史糯箅娐返妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏饕驗(yàn)楣β史糯箅娐返妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏鞣稻艽螅Ψ殴芴匦缘姆蔷€性不可忽略，幅值均很大，功放管特性的非線性不可忽略，所以在分析功率放大電路時(shí)，不能采用僅適用所以在分析功率放大電路時(shí)，不能采用僅適用于小信號(hào)的交流等效電路法，而應(yīng)采用圖解法。于小信號(hào)的交流等效電路法，而應(yīng)采用圖解法。四四. 甲類功

5、率放大電路分析甲類功率放大電路分析1.三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：若若CCCEQVU21的靜態(tài)功耗相等的靜態(tài)功耗相等三極管和負(fù)載電阻三極管和負(fù)載電阻LRCQCEQTIUP CQCCVIVP電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21則則+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.動(dòng)態(tài)功耗動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）時(shí)）輸出功率輸出功率:ooIUP o 要想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面積使功率三角形的面積大，即必須使大，即必須使Uom 和和Iom 都要大。都要大。最大輸出功率最大輸出功率:CQCComIVP )21(21MNUomIo

6、m功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCComom21IU22omomIU電源提供的功率電源提供的功率20)(21tdiVPCCCV此電路的最高效率：此電路的最高效率：VomPP甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)： 輸出功率小輸出功率小25. 0)21(21CQCCCQCCIVIVtdtIIVcmCQCC)sin(2120CQCCIV 靜態(tài)功耗大，效率低靜態(tài)功耗大，效率低五五. 雙極型晶體管的幾種工作狀態(tài)雙極型晶體管的幾種工作狀態(tài)甲類：甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：甲乙類：介于甲類和乙介于

7、甲類和乙類之間，導(dǎo)通角大于類之間，導(dǎo)通角大于180小于小于 360。iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0，BJT只在只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC一一. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱：互補(bǔ)對(duì)稱： 電路中采用兩個(gè)晶電路中采用兩個(gè)晶體管：體管：NPN、PNP各各一支；一支； 兩管特性一致。組兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。出器。9.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 uuVCCVCCoiLR二、工作原理二、工作原理（設(shè)（設(shè)ui為正弦波）為正弦波）ic1ic2

8、 靜態(tài)時(shí)：靜態(tài)時(shí)：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙類工作狀態(tài)）類工作狀態(tài)） uo = 0V動(dòng)態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí)：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR組合特性分析組合特性分析圖解法圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC

9、2QVCCUCESUCESUom最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax21)(21RVRUVP1.輸出功率輸出功率Poooo=IUP三、分析計(jì)算三、分析計(jì)算uuVCCVCCoiLRL2om21RULRUUoo=LoRU2=2)2(1=omLURCESCCom=UVU一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗)(d 21=0cecT1tuiP 2.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVRuuVCCVCCoiLRL2omomCCL212RUUVR)

10、(d )(21=0LooCCtRuuV3.電源供給的功率電源供給的功率PEToV=PPPLomCC2RUV當(dāng)當(dāng)時(shí)， CComVU 2L2CCVmRVP4.效率效率 CComVo4=VUPP時(shí)，時(shí)， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max四三極管的最大管耗四三極管的最大管耗 )4(12omomCCLT1UUVRPomL2CC2 . 022 . 0PRV問：問：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？omdUdPT10CCom2VUCC64. 0V)2(41212CCCCCCLT1maxVVVRP2CC2L1VRLCC2222RV)2(1omCCLUVR選功率管的原則：

11、選功率管的原則：1. PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLRLCCCMRVI3.晶體管的最大集電極電流晶體管的最大集電極電流 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)uuVCCoiLRVCCuu-oLRi2RD12R1VCCDVCC 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí): T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管別為二極管D1、 D2的正向?qū)ǖ恼驅(qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)設(shè) ui 加入正

12、弦信號(hào)。正半加入正弦信號(hào)。正半周周 T2 截止，截止，T1 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周半周T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 4.3 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCC2.2.帶前置放大級(jí)的功率放大器帶前置放大級(jí)的功率放大器 （甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的計(jì)算同乙類電路的計(jì)

13、算同乙類）-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT33. 帶復(fù)合管的帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)） T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。兩者特性容易對(duì)稱。 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R例9.2.1解：L2

14、CESCCom)(21RUVP（1）W184)315(212CComEo4=VUPPCCCC4VUVCES%8 .62%5 .7812312（2）L2omRUPomW16482例9.2.2解： （1）L2CESCCom)(21RUVPWV168)2(212CCVVCC18（2）VUVUCESCCOM18220ARUILOMC25. 2818maxVUVUCESCCCE3822022maxL2CCT1max22 . 0RVPW58201 . 02圖9.1.3 變壓器耦合乙類推挽功率放大電路圖9.1.4 OTL電路OTL: Output TransformerLessOCL: Output Cap

15、acitorLessuuVCCVCCoiLR1、基本原理、基本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置二二. 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路 調(diào)整調(diào)整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使CCP21VU 此時(shí)電容上電壓此時(shí)電容上電壓CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）動(dòng)態(tài)分析）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電（電容起到了負(fù)電源的作用）源的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；Ui正半周時(shí)，正半周時(shí)，T1截止、截止、T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。+uuTT1324TTC8RV

16、CC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax %5 .78max 2maxCCoVU 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO2.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)

17、負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R圖9.3.3 兩種散熱器總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 雙電源電路雙電源電路又稱又稱OCL電路電路 （無輸出電容）（無輸出電容）單電源電路單電源電路又稱又稱OTL電路電路 （無輸出變壓器）（無輸出變壓器）LCCoRVP22max LCCoRVP82max 4.4 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DG4100簡介：簡介：集成功放集成功放DG4100的外部接線圖：的外部接線圖：第9章 作業(yè)9.1 9.2 9.3 9.5 9.10 1功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類和甲常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其基本不失