15-3互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路對(duì)功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。功率放大電路的一般問(wèn)題功率放大電路通常是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，是以輸出較大功率為目的的放大電路。1）輸出功率盡可能大；2）效率要高；3）非線(xiàn)性要小；4）考慮管子的散熱問(wèn)題。需要特殊考慮的問(wèn)題是：大信號(hào)工作狀態(tài)

為輸出足夠大的功率，功率放大電路的輸出電壓、電流幅度都比較大，因此，功率放大管的動(dòng)態(tài)工作范圍很大，功放管中的電壓、電流信號(hào)都是大信號(hào)狀態(tài)，一般以不超過(guò)晶體管的極限參數(shù)為限度。非線(xiàn)性失真問(wèn)題由于功放管的非線(xiàn)性，功率放大電路又工作在大信號(hào)工作狀態(tài)，必然導(dǎo)致工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的非線(xiàn)性失真。輸出功率越大，電壓和電流的幅度就越大，信號(hào)的非線(xiàn)性失真就越嚴(yán)重。因而如何減小非線(xiàn)性失真是功率放大電路的一個(gè)重要問(wèn)題。

提高功率放大電路的效率、降低管耗從能量轉(zhuǎn)換的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，功率放大電路提供給負(fù)載的交流功率是在輸入交流信號(hào)的控制下將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量而來(lái)的。任何電路都只能將直流電能的一部分轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，其余的部分主要是以熱量的形式損耗在電路內(nèi)部的功放管和電阻上，并且主要是功放管的損耗。對(duì)于同樣功率的直流電能，轉(zhuǎn)換成的交流輸出能量越多，功率放大電路的效率就越高。因?yàn)楣β蚀?，所以效率的?wèn)題就變得十分重要，否則，不僅會(huì)帶來(lái)能源的浪費(fèi)，還會(huì)引起功放管的發(fā)熱而損毀。

功率放大電路的特點(diǎn)1.輸出功率Po盡可能大。2.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(guò)晶體管的極限值：ＩCM、UCEM、PCM。3.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，盡量減少晶體管及線(xiàn)路上的損失。即注意提高電路的效率。功率放大電路的類(lèi)型功率放大電路按其靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線(xiàn)上所處位置不同，可分為甲類(lèi)、甲乙類(lèi)和乙類(lèi)等類(lèi)型。iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ2ICQVCCiCuCEQ3ICQVCC甲類(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過(guò)BJT。甲乙類(lèi)：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°乙類(lèi)：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類(lèi)工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類(lèi)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(lèi)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)IC

0，一般功放常采用。ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

0V時(shí)T1截止，T2導(dǎo)通ui>0V時(shí)T1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2只在半個(gè)周期內(nèi)工作，稱(chēng)為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。靜態(tài)分析：ui=0V

T1、T2均不工作

uo=0V乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路電路組成及工作原理

由兩個(gè)性能對(duì)稱(chēng)的NPN型和PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的射極輸出器對(duì)接而成。當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，輸出達(dá)到最大(不失真）則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：參數(shù)計(jì)算(設(shè)信號(hào)為正弦量）1.輸出功率T1,T2工作在射極輸出器狀態(tài)，AV≈1。負(fù)載上得到的最大功率為：每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：

tic1電源提供的直流功率PV

：?jiǎn)蝹€(gè)電源提供的功率為：

當(dāng)輸出電壓幅度達(dá)到最大，即Vom≈VCC時(shí)，則得電源供給的最大功率為：4．效率η2.三極管的管耗PT對(duì)一只三極管:當(dāng)Vom=VCC

時(shí)效率最大，η=π/4=78.5％。ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過(guò)零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。交越失真甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路乙類(lèi)放大的的交越失真實(shí)際測(cè)試波形甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路存在的問(wèn)題OCL電路消除交越失真的OCL電路甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路存在的問(wèn)題甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路1.靜態(tài)偏置可克服交越失真2.動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型理想二極管設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱(chēng)為無(wú)輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無(wú)輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。1.

OTL電路(1)

特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(shí)(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)動(dòng)態(tài)時(shí)設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周

(4)交越失真當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過(guò)零前后出現(xiàn)的失真稱(chēng)為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線(xiàn)性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，即工作于甲乙類(lèi)狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOuotOR1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui

加入正弦信號(hào)。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)一步降低，進(jìn)入良好的截止?fàn)顟B(tài)。靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui

=0V,iC10，iC20uo=0V。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點(diǎn)：

雙電源供電、輸出無(wú)電容器。uoOCL原理電路甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路—OTL電路(OutputTransformerless

)RLRBV4–VEE+VCCV5V1V2CERERB1RB2+uo

+ui

+++CE電容C的作用：1)充當(dāng)VCC/2電源2)耦合交流信號(hào)當(dāng)ui

=0時(shí):當(dāng)ui

>0時(shí)：V2導(dǎo)通，C放電，V2的等效電源電壓

0.5VCC。當(dāng)ui

<

0時(shí)：V1導(dǎo)通，C充電，V1的等效電源電壓

+0.5VCC。應(yīng)用OCL電路有關(guān)公式時(shí)，要用VCC/2取代VCC。OCL電路和OTL電路的比較OCLOTL電源雙電源單電源信號(hào)交、直流交流頻率響應(yīng)好fL

取決于輸出耦合電容C電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜Pomax二、復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路1.復(fù)合管(達(dá)林頓管)目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì)ib1(1+

1)

ib1(1+

1)(1+

2)ib1=(1+

1+

2+

1

2)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+

1)rbe2

2(1+

1)ib1

1ib1ibicie(

1+

2+

1

2)ib1V1V2V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：1)B1為

B，C1或E1接B2

，C2、E2為

C或E；2)

應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；3)

復(fù)合管類(lèi)型與第一只管子相同。V1V2

練習(xí)：接有瀉放電阻的復(fù)合管：V1V2ICEO1

2ICEO1R瀉放電阻減小V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—

穿透電流泄放電阻準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路2.復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路舉例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo

+ui

+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1、RE