第八章功率放大電路

8功率放大電路8.1功率放大電路的一般問題8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

*8.5集成功率放大器8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例

教學(xué)內(nèi)容：本章以分析功率放大電路的輸出功率、效率和非線性失真之間的矛盾為主線，逐步提出解決矛盾的措施。在電路方面，以互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路為重點(diǎn)進(jìn)行較詳細(xì)的分析計(jì)算。8功率放大電路1．熟練掌握如何解決輸出功率、效率和非線性失真三者之間的矛盾；2．熟練掌握乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成、分析計(jì)算和功率BJT的選擇；3．正確理解甲乙互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的工作原理及計(jì)算。教學(xué)要求：8.1功率放大電路的一般問題2.功率放大電路提高效率的主要途徑1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象多級(jí)放大電路輸入級(jí)—Ri中間放大級(jí)—AV輸出級(jí)—Ro共集、共射共射、共基共集第5章場(chǎng)效應(yīng)管第6.2節(jié)差分放大電路2個(gè)信號(hào)相減第8章

功率放大電路直接耦合零漂RiRL特別小第6.1節(jié)電流源第6章

集成運(yùn)算放大器性能改善第7章

反饋技術(shù)、方法第8、9、10章運(yùn)算放大器應(yīng)用各種功能電路例1：

擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取功率放大電路的用途

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使

輸出信號(hào)電壓大；

輸出信號(hào)電流大；

放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。電壓放大器一般工作在甲類，三極管360°導(dǎo)電，其輸出功率由功率三角形確定。甲類放大的效率不高，理論上不超過25%。5.1功率放大電路的一般問題1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象（2）效率要高（3）非線性失真要?。?）要求輸出功率盡可能大

引言前面討論的放大電路主要增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度，因而稱為電壓放大電路或電流放大電路。

（4）功率器件的散熱問題——同時(shí)輸出較大的電壓和電流,器件往往接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

——輸出功率大，直流電源消耗功率也大，這就存在一個(gè)效率問題。效率是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值?！糯箅娐吩诖笮盘?hào)下工作，不可避免產(chǎn)生非線性失真。解決輸出功率與非線性失真的矛盾——有相當(dāng)大的功率消耗在管子集電結(jié)上，溫度升高。管子的散熱保護(hù)問題

功率放大電路通常是在大信號(hào)狀態(tài)下（極限狀態(tài)）工作，是以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得一定的不失真的輸出功率，會(huì)出現(xiàn)一些特殊問題：(1)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:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce分析功放電路應(yīng)注意的問題功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。(3)電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pomax

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PV：電源提供的直流功率。（4）由于管子處于大信號(hào)下工作，在分析方法上，通常采用圖解法。(2)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。8.1功率放大電路的一般問題2.幾個(gè)特殊問題(1)性能指標(biāo)輸出功率效率最大輸出功率Pomax

=?電源輸出功率管耗8.1功率放大電路的一般問題2.幾個(gè)特殊問題(2)大信號(hào)（極限）狀態(tài)功放管的安全問題（ICM、PCM、V(BR)CEO）分析方法：大信號(hào)模型、圖解法（求Vom

）(3)如何提高輸出功率8.1功率放大電路的一般問題2.幾個(gè)特殊問題(3)如何提高輸出功率Vom、Iom

Po電源功率PV一定時(shí):PT

Po（即提高效率）ICM、PCM、V(BR)CEO安全區(qū)域限制要求最佳負(fù)載Q下移PT效率但非線性失真嚴(yán)重Vom、Iom

Po減小管耗PT是提高效率的主要途徑。假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為ic(t)

和uce(t)，則PT

為途徑1：減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大ic(t)＝0

或uce(t)＝0的時(shí)間。晶體管工作方式由甲類(A-class)→甲乙類(AB-class)→乙類(B-class)→丙類(C-class)，途徑2：使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài)(丁類(D-class))；管子在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。飽和導(dǎo)通時(shí)，uce≈UCES

很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗ic×uce

處在很小的值上。截止時(shí)，不論uce為何值，ic趨于0，ic×uce

也處在零值附近。結(jié)果PT

很小，ηC

顯著增大。

*放大電路的幾種工作狀態(tài)：

——減小靜態(tài)電流，降低靜態(tài)功耗。2.功率放大電路提高效率的主要途徑

三極管根據(jù)正弦信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，有如下幾種狀態(tài)甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通（360°）特點(diǎn)：在一個(gè)周期內(nèi)ic>0，電源始終不斷地輸送功率，沒有信號(hào)輸入時(shí)，功率全部消耗在管子上，轉(zhuǎn)化為熱量耗散出去，效率為0。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率。效率比較低。乙類：導(dǎo)通角等于180°特點(diǎn)：在一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期iC>0沒有輸入信號(hào)時(shí)，電源不消耗功率，但有交越失真。甲乙類：導(dǎo)通角大于180°特點(diǎn)：在一個(gè)周期內(nèi)有半個(gè)周期以上ic>0,沒有信號(hào)輸入時(shí)，電源消耗功率小，可克服乙類的交越失真。丙類：導(dǎo)通角小于180°特點(diǎn)：一個(gè)周期內(nèi)，器件導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期，多用于高頻大功率電路中在甲乙類和乙類放大中，雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率，但都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真。既要保持靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使波形不失真需要在電路上采取結(jié)構(gòu)，有關(guān)內(nèi)容將在8.3節(jié)討論。怎樣才能使電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)功率輸出呢？甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都導(dǎo)通,靜態(tài)IC較大,波形好,管耗大,效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,靜態(tài)IC=0,波形嚴(yán)重失真，管耗小,效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期,靜態(tài)IC0,一般功放常采用此種工作狀態(tài)。放大電路的工作狀態(tài)通過調(diào)整Q點(diǎn)，來改變導(dǎo)通時(shí)間，減小靜態(tài)管耗。從驅(qū)動(dòng)負(fù)載的角度看，共集極電路的輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，比其它兩種組態(tài)更適合。問題討論RbuoUCCuiibRE何種組態(tài)電路適合做功率放大？（共基、共集、共射）RbuoUCCuiREuotuoibQicuceUCC射極輸出器效率的估算放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大。(設(shè)RL=RE)為得到較大的輸出信號(hào)，假設(shè)將射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置在負(fù)載線的中部，令信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真，如下圖所示。uo的取值范圍直流負(fù)載線交流負(fù)載線QicuCEUCC射極輸出器效率的估算若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為：靜態(tài)工作點(diǎn)：QicuCEUCC射極輸出器效率的估算1.直流電源輸出的功率射極輸出器效率的估算RbuoUCCuiRLiC2.最大負(fù)載功率射極輸出器效率的估算3.最大效率甲類功放的缺點(diǎn)：效率太低，絕大部分能量都被管子自身消耗掉了。如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。QicuCEUCC射極輸出器效率的估算既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡化電路帶電流源詳圖的電路圖特點(diǎn)：電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，常用作集成放大器輸出級(jí)。用電流源作射極偏置和負(fù)載的射極輸出器電壓與輸入電壓的關(guān)系vi正半周，T1進(jìn)入臨界飽和，設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V

vO正向振幅達(dá)到最大值vO負(fù)向振幅最大值？若T1首先截止，輸出（負(fù)向）電流和電壓振幅分別為：

若T3首先出現(xiàn)飽和，vo輸出負(fù)向振幅為：8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例vi為正弦波，T1工作在放大區(qū)，基射電壓近似0.6Vvi負(fù)半周，T1截止或者T3飽和，vo出現(xiàn)削波8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例偏置電源VBIAS=0.6V當(dāng)2、功率及效率的計(jì)算舉例當(dāng)vi=0,輸出電壓vo≈0T1集電極電流近似為電源VCC提供的功率負(fù)電源-VEE提供的功率PVE也是電流源消耗的功率PBIAS電源供給的總功率為輸出功率加上電流源和T1管消耗的功率T1管消耗的功率若vi為正弦信號(hào)最大輸出功率8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例放大器的效率2、功率及效率的計(jì)算舉例甲類放大電路的效率低功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時(shí)的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時(shí)雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。

推挽電路和互補(bǔ)對(duì)稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。

乙類工作時(shí)，為了在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽(Push-Pull)

電路?？捎卸喾N實(shí)現(xiàn)方案：變壓器耦合乙類推挽功放

互補(bǔ)推挽功放乙類功率放大器

互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型

無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路變壓器耦合乙類推挽電路信號(hào)的正半周T1導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、T1截止。

兩只管子交替工作，稱為“推挽”。設(shè)β為常量，則負(fù)載上可獲得正弦波。輸入信號(hào)越大，電源提供的功率也越大。2.

OTL

電路

輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充電。輸入電壓的負(fù)半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放電。C足夠大，才能認(rèn)為其對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路。OTL電路低頻特性差。因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用OTL電路。3.

OCL電路輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→RL→地輸入電壓的負(fù)半周：

地→RL→T2→－VCC兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。靜態(tài)時(shí)，UEQ＝UBQ＝0。幾種電路的比較

變壓器耦合乙類推挽：單電源供電，笨重，效率低，低頻特性差。OTL電路：單電源供電，低頻特性差（有電容）。OCL電路：雙電源供電，效率高，低頻特性好。BTL電路（橋式推挽功率放大電路）：單電源供電，低頻特性好；雙端輸入雙端輸出。8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OCL電路）8.3.2分析計(jì)算8.3.1電路組成8.3.3功率BJT的選擇8.3.1電路組成由一對(duì)NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電,輸入輸出端不加隔直電容。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。1.電路組成兩管都工作于乙類放大狀態(tài)，一個(gè)工作于正半周，一個(gè)工作于負(fù)半周，兩個(gè)波形同時(shí)輸出加載到負(fù)載上，在負(fù)載上得到一個(gè)完整的波形。解決效率和失真的矛盾?？梢钥闯墒莾蓚€(gè)射極輸出器組合而成的。靜態(tài)時(shí)vi=0

vBE1=vBE2=0

T1,T2截止

iO

=0,vO

=0vi>0

vBE1=vBE2>0

T1導(dǎo)通

,T2截止

iO

=iE1,vO

>0vi<0

vBE1=vBE2<0

T1截止

,T2導(dǎo)通

iO

=iE2,vO

<0（2）工作原理當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。

當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。于是兩個(gè)三極管一個(gè)正半周，一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個(gè)完整的不失真波形。T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。

嚴(yán)格說，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真，這個(gè)失真稱為交越失真。如圖所示。圖

交越失真8.3.1電路組成2.工作原理兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。2.特點(diǎn)：工作于乙類

靜態(tài)時(shí)，三極管不取電流，ICQ、IBQ等于零，無功耗有信號(hào)時(shí)，兩管每半個(gè)周期輪流導(dǎo)通，組成推挽式電路。NPN、PNP特性相同（對(duì)管）正、負(fù)電源相等也稱為互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3.2分析計(jì)算圖解分析左圖為vi正半周時(shí)的工作情況。假定只要vBE>0，T1就開始導(dǎo)電，則一個(gè)周期內(nèi)T1的導(dǎo)電時(shí)間約為半個(gè)周期。T2在負(fù)半周導(dǎo)電。將T2特性曲線倒置于T1右下方，令兩者Q點(diǎn)在vCE=VCC處重合，形成兩者的合成曲線。負(fù)載線通過VCC點(diǎn)形成一條斜率為-1/RL的斜線。8.3.2分析計(jì)算圖解分析iC的最大變化范圍2Icm，vCE的最大變化范圍2(VCC-VCES)=2Vcem=2IcmRL若忽略飽和管壓降VCES，則Vcem=IcmRL≈VCC假設(shè)ui

為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：最大不失真輸出功率Pom8.3.2分析計(jì)算忽略VCES時(shí)1、輸出功率Po可獲得最大輸出功率最大不失真輸出功率Pom8.3.2分析計(jì)算1、輸出功率PoIcm和Vcem可分別用圖中的線段AB和BQ表示。功率三角形△ABQ的面積越大，表明輸出功率P0也越大。圖中負(fù)載線AQ，功率三角形面積最大，非線性失真不明顯，這是一種理想的工作狀態(tài)。實(shí)際，負(fù)載RL是固定的，不能隨意改變，很難達(dá)到這種理想情況。可采用變壓器耦合，將實(shí)際負(fù)載RL變成所期望的值RL’,實(shí)現(xiàn)阻抗匹配(變壓器耦合)8.3.2分析計(jì)算可先求出單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗2.管耗PT兩管管耗電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。3.電源供給的功率PV當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大8.3.2分析計(jì)算

直流電源提供的功率PV包括負(fù)載得到的信號(hào)功率和T1、T2消耗的功率兩部分。當(dāng)vi=0時(shí),PV=0當(dāng)vi≠0時(shí),電源消耗最大，

每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，所以直流電源提供的功率為半個(gè)正弦波的平均功率，信號(hào)越大，電流越大，電源功率也越大。兩個(gè)直流電源功率總功率PV的表達(dá)式推導(dǎo)如下

即PV∝Vom

。當(dāng)Vom趨近VCC時(shí)，顯然PV

近似與電源電壓的平方成比例。

電源供給的功率PV另一種推導(dǎo)方法：

將管耗PT畫成曲線，如圖所示。圖乙類互補(bǔ)功放電路的管耗

顯然，管耗與輸出電壓幅度有關(guān)，圖中畫陰影線的部分即代表管耗，PT與Vom成非線性關(guān)系，有一個(gè)最大值。用PT對(duì)Vom求導(dǎo)的辦法找出這個(gè)最大值。PTmax發(fā)生在處，將Vom=0.64VCC代入PT表達(dá)式，可得最大管耗PTmax為：對(duì)一只三極管圖乙類互補(bǔ)功放電路的管耗4.效率當(dāng)8.3.2分析計(jì)算這個(gè)結(jié)論是假定互補(bǔ)對(duì)稱電路工作在乙類、負(fù)載電阻為理想值，忽略管子的飽和管壓降VCES和輸入信號(hào)足夠大（Vim≈Vom≈VCC）情況下的來的，實(shí)際效率比這個(gè)數(shù)值要低些。結(jié)論：OCL電路效率較高；電流、電壓波形存在失真。8.3.3功率BJT的選擇1.最大管耗和最大功率的關(guān)系管耗PT1是Vom的函數(shù)，常作為選管依據(jù)求極值可求最大管耗每管最大管耗和電路的最大輸出功率關(guān)系：如果要求輸出功率為10W，只要用兩個(gè)額定管耗大于2W的管子就可以了功率與輸出幅度的關(guān)系8.3.3功率BJT的選擇輸出功率PO、電源供給功率PV，管耗PT1與Vom關(guān)系——非線性的2.功率BJT的選擇8.3.3功率BJT的選擇若想得到最大輸出功率，BJT必須滿足：每只管子最大允許管耗PCM必須大于0.2PomV(BR)CEO

>2VCCICM≥VCC/RL因?yàn)楫?dāng)T2導(dǎo)通時(shí)，-vCES≈0，此時(shí)vCE1具有最大值，等于2VCC因?yàn)樽畲蠹姌O電流為VCC/RL最大管耗<PCM集電極最大電流

<ICM最大管壓降

<V(BR)CEO2.功率BJT的選擇8.3.3功率BJT的選擇例8.3.1功放電路如圖所示，設(shè)VCC=12V，RL=8Ω，BJT的ICM=2A，|V（BR）CEO|=30V，PCM=5W。試求：（1）Pom值，并檢驗(yàn)BJT是否安全工作？（2）放大電路在η=0.6時(shí)的Po值。解：乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OTL電路）一、特點(diǎn)1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則T1、T2特性對(duì)稱，令：0.5VCCRLuiT1T2+VCCCAVL+-VC三、動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。若輸出電容足夠大(對(duì)交流短路)，VC基本保持在0.5VCC，負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+VCCCAVo+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5VCCuit四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且ui

幅度足夠大。則：uLULmaxuitt單電源供電時(shí)，計(jì)算Po、PT、PV和PTm的公式必須加以修正，以VCC/2代替原來公式中的VCC。單電源互補(bǔ)功率放大電路

當(dāng)電路對(duì)稱時(shí)，輸出端的靜態(tài)電位等于VCC/2。為了使負(fù)載上僅獲得交流信號(hào)，用一個(gè)電容器串聯(lián)在負(fù)載與輸出端之間。這種功率放大電路也稱為OTL互補(bǔ)功率放大電路。電容器的容量由放大電路的下限頻率確定，即：LLπ21fRC3單電源OTL互補(bǔ)功率放大電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問題由于沒有直流偏置，當(dāng)輸入信號(hào)小于門坎電壓（硅管約為0.6V）時(shí)，BJT不導(dǎo)通，iC1、iC2基本為零，負(fù)載RL上無電流通過，出現(xiàn)一段死區(qū)。導(dǎo)致輸出信號(hào)出現(xiàn)失真?！@種現(xiàn)象稱為交越失真交越失真實(shí)際測(cè)試波形電路的改進(jìn)1.克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：在于晶體管特性存在非線性，ui

<uT時(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUT乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。交越失真8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路當(dāng)輸入信號(hào)vi低于門坎電壓時(shí)，T1，T2都截止，iC1、iC2基本為零，負(fù)載RL上無電流通過，出現(xiàn)一段死區(qū)?！@種現(xiàn)象稱為交越失真在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工作在甲乙類。

由傳輸特性圖可見：只要VBB取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于直線，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓?？朔辉绞д娴幕就緩?/p>

為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置圖

甲乙類互補(bǔ)功率放大電路常用電路①二極管偏置電路

②VBE倍增電路克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí)

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+UCC-UCCULuiiLRLT1T2兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大”。

動(dòng)態(tài)時(shí)

設(shè)ui

加入正弦信號(hào)。二極管對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路正半周，T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周，T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。從而克服死區(qū)電壓的影響，去掉交越失真。uB1tUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。

iCQuceVCC/REVCCIBQ為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真,電路中的D1、D2兩二極管可以用VBE電壓倍增電路替代。2.VBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2VIBI合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到VBE任意倍數(shù)的電壓。以滿足不同電路克服交越失真的需要。圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I>>IB，則8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路1.二極管偏置電路利用二極管上的壓降，為T1、T2提供適當(dāng)偏壓，使之處于微導(dǎo)通狀態(tài)，電路工作于甲乙類，可克服交越失真。T3為前置電壓放大級(jí)（推動(dòng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)），仍工作于甲類。T1、T2組成互補(bǔ)輸出級(jí)。設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)時(shí)，在D1、D2上產(chǎn)生的壓降為T1、T2提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘?。使之處于微?dǎo)通狀態(tài)。電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)，iC1=iC2,iL=0,vo=08.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(2).動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路這種偏置的缺點(diǎn)是：偏置電壓不易調(diào)整?？刹捎萌龢O管恒流源提供偏置8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路1.二極管偏置電路可克服交越失真8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路VBE4可認(rèn)為是定值（硅管一般0.6~0.7V）

組成：R1、R2、T42.vBE擴(kuò)大的偏置電路

原理流入T4的基極電流遠(yuǎn)小于流過R1、R2的電流，則有圖可以求得利用vBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路VBE4可認(rèn)為是定值

R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。調(diào)節(jié)R1、R2的比值，可改變VCE4，從而改變T1、T2的偏壓值。使電路有一個(gè)合適的靜態(tài)電流IC1、IC2。（集成電路中常用到）8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路偏置電路使K點(diǎn)電位VK＝VC≈VCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。在二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱電路基礎(chǔ)上，令-VCC=0，并在輸出端與負(fù)載RL之間加接一大電容C，得到單電源互補(bǔ)對(duì)稱原理電路靜態(tài)時(shí)，電路對(duì)稱，iC1=iC2，iL=0，vo=0T1

管的直流供電電壓：VCC

VO＝VCC/2，T2

的供電電壓：

0

VO＝VCC/2。單電源供電電路等效為VCC/2和VCC/2的雙電源供電電路。

8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)信號(hào)負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C在圖中起著電源-VCC的作用，通過負(fù)載RL放電。只要選擇時(shí)間常數(shù)RLC足夠大，>>T信（信號(hào)周期），電容C就可充當(dāng)原來的－VCC。計(jì)算Po、PT、PV和PTm的公式必須加以修正，以VCC/2代替原來公式中的VCC。注意：采用單電源的互補(bǔ)對(duì)稱電路，由于每個(gè)管子的工作電壓不是原來的VCC，而是VCC/2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路1.基本電路（OTL電路）靜態(tài)調(diào)整R1、R2阻值的大小，可使此時(shí)電容C上電壓動(dòng)態(tài)信號(hào)vi負(fù)半周，T1導(dǎo)通，C充電信號(hào)vi正半周，T2導(dǎo)通，C放電當(dāng)RLC足夠大，C代替OCL電路的負(fù)電源引入負(fù)反饋-----為了-穩(wěn)定工作點(diǎn)，常將K點(diǎn)通過電阻分壓器（R1、R2）與前置放大電路的輸入端相連，以引入負(fù)反饋。例如，由于溫度變化使得K點(diǎn)電位上升，則T3射極偏置電路

OTL電路的分析計(jì)算電路功率OCLOTLPoPomaxPT1PV（將OCL電路公式中的VCC換成VCC/2）2.基本電路存在的問題理想

Vom≈VCC/2，實(shí)際

Vom達(dá)不到VCC/2，雖然解決了工作點(diǎn)的偏置和穩(wěn)定問題，但實(shí)際還存在其他的問題在額定輸出功率情況下，通常輸出級(jí)的BJT處于接近充分利用狀態(tài)下工作。當(dāng)vi負(fù)半周最大值時(shí)，理想情況下，vB1=vC3接近于+VCC，此時(shí)希望T1在接近飽和狀態(tài)工作，即vCE1≈VCES，故K點(diǎn)電位vK=+VCC-VCES≈+VCC當(dāng)vi為正半周最大值時(shí)，T1截止，T2接近于飽和導(dǎo)電，vK≈VCES≈0因此，負(fù)載RL兩端得到交流輸出電壓幅值Vom≈VCC/2這是理想情況T3共射極，倒相2.基本電路存在的問題理想

Vom≈VCC/2，原因

vi負(fù)半周，T1導(dǎo)電，iB1增加，由于RC3上的壓降和vBE1的存在，當(dāng)K點(diǎn)電位向+VCC接近時(shí)，T1基極電流iB1增加受到限制而不能增加很多，因而限制了T1輸向負(fù)載的電流，使RL

兩端得不到足夠的電壓變化，使Vom明顯小于VCC/2。實(shí)際

Vom達(dá)不到VCC/2，雖然解決了工作點(diǎn)的偏置和穩(wěn)定問題，但實(shí)際還存在其他的問題解決方法

----采用自舉電路將圖中D點(diǎn)電位升高，使VD>+VCC，例如將圖中D點(diǎn)與+VCC的連線切斷，VD有另一電源供電D3.自舉電路的作用自舉電路自舉元件靜態(tài)時(shí)CCK33CCCDV21V

,RIVV=-=33CCC3CRI2/VV-=則電容C3兩端電壓被充電到

當(dāng)R3C3足夠大時(shí)，電容C3兩端電壓基本為常數(shù)vC3≈VC3，不隨vi而改變，這樣，當(dāng)vi為負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)電，vK

由VCC/2向正方向變化時(shí)，vD=VC3+vk,vD也自動(dòng)升高，因而有足夠的電流iB1,使T1

充分導(dǎo)通?！@種方式稱為自舉，意思是電路本身把vD提高了。動(dòng)態(tài)時(shí)通常的解決辦法是在電路中引入R3、C3等元件組成的自舉電路，如圖所示使得VD可超過VCC，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍，使得輸出功率PO增大。C3充當(dāng)一個(gè)電源實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)VAQ=0.5VCCD1

、D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。Re1

、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2ui+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：(1)恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；(2)偏置電路（R1、D1、D2）；(3)恒流源負(fù)載（T5）；(4)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、T10）；(5)負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）；(6)共射放大級(jí)（T4）；(7)校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8)UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9)調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。實(shí)際功放電路+24VuiRLT7T8Rc8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX恒流源差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)電壓串聯(lián)負(fù)反饋偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：輸出功率的估算：輸出電壓的最大值約為19.7V，設(shè)負(fù)載RL=8則最大輸出功率為：實(shí)際輸出功率約為20W。注：該實(shí)用功放電路的詳細(xì)分析計(jì)算請(qǐng)參考《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（童詩白主編）。電路如圖所示，已知T1和T2的飽和管壓降│UCES│＝2V，直流功耗可忽略不計(jì)?；卮鹣铝袉栴}：（1）R3、R4和T3的作用是什么？（2）負(fù)載上可能獲得的最大輸出功率Pom和電路的轉(zhuǎn)換效率η各為多少？（3）設(shè)最大輸入電壓的有效值為1V。為了使電路的最大不失真輸出電壓的峰值達(dá)到16V，電阻R6至少應(yīng)取多少千歐？解：（1）消除交越失真。（2）最大輸出功率和效率分別為（3）電壓放大倍數(shù)為R1＝1kΩ，故R5至少應(yīng)取10.3kΩ。已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2管的飽和管壓降│UCES│＝2V，輸入電壓足夠大。試問：（1）最大輸出功率Pom和效率η各為多少？（2）晶體管的最大功耗PTmax為多少？（3）為了使輸出功率達(dá)到Pom，輸入電壓的有效值約為多少？（1）最大輸出功率和效率分別為（2）晶體管的最大功耗（3）輸出功率為Pom時(shí)的輸入電壓有效值在互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中，引起交越失真的原因是

。正確錯(cuò)誤B、晶體管β值過大A、輸入信號(hào)過大C、電源電壓太高D、晶體管的非線性錯(cuò)誤錯(cuò)誤已知某典型OTL互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的電源電壓為6V，功放管的飽和電壓UCES=1V，負(fù)載電阻RL=8Ω，其最大輸出功率Pom是

。正確錯(cuò)誤D、Pom≈0.56WB、Pom≈0.5WC、Pom≈2.25WA、Pom≈0.25W錯(cuò)誤錯(cuò)誤A

已知某典型OCL互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的兩套電源分別為±9V，負(fù)載電阻RL=8Ω，其最大輸出功率Pom和最大管耗PTm是

。D、Pom≈5.1W/PTm≈0.25WA、Pom≈1.27W/PTm≈0.25WC、Pom≈1.27W/PTm≈1WB、Pom≈5.1W/PTm≈1WB與甲類功率放大方式比較，甲乙類OCL互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的主要優(yōu)點(diǎn)是

。D、無交越失真A、不用輸出變壓器B、不用輸出端的大電容C、效率高C下OCL電路中VD1和VD2的作用是

。B、減小交越失真A、增大輸出功率C、減小三極管的功耗D、提高電路的效率電路中增加復(fù)合管(準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路)增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：becibic1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：采用復(fù)合管的功率放大電路(準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路)將三極管復(fù)合使用，不僅可以獲得很大的電流放大系數(shù)β，提高了電路的電壓放大倍數(shù)Au，而且還可能提高輸入電阻。一、三極管復(fù)合使用時(shí)的技術(shù)指標(biāo)三極管復(fù)合后，其關(guān)健技術(shù)指標(biāo)是：確定該復(fù)合管的電流放大系數(shù)β和復(fù)合管的輸入電阻rbe。當(dāng)輸出功率較大時(shí)，輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)，即末前級(jí)也應(yīng)該是一個(gè)功率放大級(jí)。此時(shí)往往采用復(fù)合管。由兩個(gè)NPN型三極管組成的復(fù)合管1、常見的NPN型復(fù)合管⑴復(fù)合管的β值復(fù)合管β值為：⑵復(fù)合管的輸入電阻rbe復(fù)合管輸入電阻為：PNP型復(fù)合管的分析結(jié)果與NPN型復(fù)合管相同。2、復(fù)合管的正確組合方式⑴NPN型復(fù)合管(電流為二進(jìn)一出)一個(gè)出口端為射極，兩個(gè)進(jìn)口端一個(gè)為基極，另一個(gè)為集電極。⑵PNP型復(fù)合管(電流為一進(jìn)二出)一個(gè)進(jìn)口端為射極，兩個(gè)出口端一個(gè)為基極，另一個(gè)為集電極。⑶復(fù)合管的組合原則①前后級(jí)三極管的電流方向要一致，以形成適當(dāng)?shù)耐?NPN管要能一出二進(jìn)，PNP管要能一進(jìn)二出)。②要能保證前后級(jí)三極管的每個(gè)PN結(jié)都能獲得正確的偏置(發(fā)射結(jié)正偏，收集結(jié)反偏)。3、復(fù)合管的β值和rbe⑴同類型復(fù)合管⑵不同類型復(fù)合管改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)

T1、R1、R2：

UBE倍增電路

T3、T4、T5、T6：

復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6T3、T4

為小功率管，它們之間是互補(bǔ)的，T5、T6

為大功率管，它們是同型，便于特性配對(duì)，故稱為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。

已知二極管的導(dǎo)通電壓UD＝0.7V，晶體管導(dǎo)通時(shí)的│UBE│＝0.7V，T2和T4管發(fā)射極靜態(tài)電位UEQ＝0V。試問：（1）T1、T3和T5管基極的靜態(tài)電位各為多少？（2）設(shè)R2＝10kΩ，R3＝100Ω。若T1和T3管基極的靜態(tài)電流可忽略不計(jì)，則T5管集電極靜態(tài)電流為多少？靜態(tài)時(shí)uI＝？（3）若靜態(tài)時(shí)iB1＞iB3，則應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)參數(shù)可使iB1＝iB3？如何調(diào)節(jié)？（4）電路中二極管的個(gè)數(shù)可以是1、2、3、4嗎？你認(rèn)為哪個(gè)最合適？為什么？（1）T1、T3和T5管基極的靜態(tài)電位分別為

UB1＝1.4VUB3＝－0.7VUB5＝－17.3V（2）靜態(tài)時(shí)T5管集電極電流和輸入電壓分別為（3）若靜態(tài)時(shí)iB1＞iB3，則應(yīng)增大R3。（4）采用如圖所示兩只二極管加一個(gè)小阻值電阻合適，也可只用三只二極管。這樣一方面可使輸出級(jí)晶體管工作在臨界導(dǎo)通狀態(tài)，可以消除交越失真；另一方面在交流通路中，D1和D2管之間的動(dòng)態(tài)電阻又比較小，可忽略不計(jì)，從而減小交流信號(hào)的損失。（5）最大輸出功率和效率分別為為了穩(wěn)定輸出電壓，減小非線性失真，請(qǐng)通過電阻Rf在圖所示電路中引入合適的負(fù)反饋；并估算在電壓放大倍數(shù)數(shù)值約為10的情況下，Rf的取值。應(yīng)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，由輸出端經(jīng)反饋電阻Rf接T5管基極，如解圖所示。在深度負(fù)反饋情況下，電壓放大倍數(shù)R1＝1kΩ，所以Rf≈10kΩ。功放的保護(hù)電路與激勵(lì)電路 實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生異常情況。例如，負(fù)載短路，致使通過功率管的電流迅速增大，一旦超過極限參數(shù)，造成管子損壞。因此大功率功放，應(yīng)設(shè)有:過流，過壓、過熱保護(hù)電路。1、過流保護(hù)電路

(1)保護(hù)電路T1、T2

為保護(hù)管，R1、R2

為過流取樣電阻。

(2)保護(hù)原理

以保護(hù)管T1為例

正常時(shí)，VR1＜VBE1(on)，T1

截止，不起保護(hù)作用。異常時(shí)，VR1＞VBE1(on)，T1導(dǎo)通，分流T3

管的輸入激勵(lì)電流，限制T3管的輸出電流，起到了限流保護(hù)作用。T2

對(duì)T4

的限流保護(hù)作用同上。 若要求功率管充分利用，輸出最大信號(hào)功率，則RL

上的信號(hào)電壓振幅達(dá)到接近電源電壓(單電源時(shí)，接近VCC/2)。為此，要求輸入激勵(lì)級(jí)為互補(bǔ)功率管提供振幅接近電源電壓的推動(dòng)電壓。原因： 互補(bǔ)推挽功率放大器中的功率管接成射極跟隨器，電壓增益小于1。2、輸入激勵(lì)電路電路

T3—輸入激勵(lì)級(jí)

R—T3的負(fù)載影響輸出信號(hào)電壓振幅的因素

交流負(fù)載r≈R∥ri＜R，則交流負(fù)載線Ⅱ所示，T3

管的最大輸出信號(hào)電壓振幅受到截止失真的限制，其值小于VCC/2。

若使r＞R，則交流負(fù)載線Ⅲ所示，輸出信號(hào)電壓振幅不受截止失真限制，可接近VCC/2。

改進(jìn)電路(1)電流源構(gòu)成有源負(fù)載放大器，直流電阻小，交流電阻大。(2)采用自舉電路

將R1R2

取代R

，接入大容量電容C2。作用：對(duì)交流近似短路，交流電位由O

經(jīng)

C2

自舉到C

點(diǎn)，即vC

vO。原理：由于互補(bǔ)輸出級(jí)的電壓增益接近于1，因而vB

vO

vC，通過R2的交流電流i0，因而從B點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的交流電阻(vB/i)很大，趨于無窮，T3

的交流負(fù)載電阻便近似等于T1(或T2)

電路的輸入電阻。利用變壓器的阻抗變換功能，可實(shí)現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補(bǔ)其它類型功放電路的不足。一、特點(diǎn)例：OCL電路中，若

RL=80、需要輸出功率

PO=50W。根據(jù)公式

需電源電壓：90V的電壓對(duì)電子電路顯然不合適。變壓器耦合式功放電路利用變壓器阻抗變換關(guān)系（RL′=K2RL），通過改變變壓器的匝數(shù)比K，使電路得到合適的負(fù)載，便可解決以上問題。（變阻抗）變壓器原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。

二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器1.原理電路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1放大器：由兩個(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)三極管的射極接在一起。輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等的信號(hào)，分別送兩個(gè)放大器的基極，使T1、T2輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將