第十三章功率放大電路(課時(shí))

1、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)載什么是功率放大電路？什么是功率放大電路？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大在電子系統(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)作、器動(dòng)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。向負(fù)載提供（輸出）較大功率的放大電路稱為功率放大大。向負(fù)載提供（輸出）較大功率的放大電路稱為功率放大電路。電路。 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 前面討論的放大電路主要用于增強(qiáng)電壓幅前面討論的放大電路主要用于增強(qiáng)電壓幅度

2、或電流幅度，因而相應(yīng)地稱為電壓放大電路度或電流幅度，因而相應(yīng)地稱為電壓放大電路或電流放大電路。但無(wú)論哪種放大電路，或電流放大電路。但無(wú)論哪種放大電路，在負(fù)在負(fù)載上都同時(shí)存在輸出電壓、電流和功率，載上都同時(shí)存在輸出電壓、電流和功率，上述上述稱呼上的區(qū)別是為了強(qiáng)調(diào)輸出量不同而已。稱呼上的區(qū)別是為了強(qiáng)調(diào)輸出量不同而已。 從能量控制的觀點(diǎn)來看，功率放大電路和電從能量控制的觀點(diǎn)來看，功率放大電路和電壓放大電路都是能量轉(zhuǎn)換電路，沒有本質(zhì)的區(qū)壓放大電路都是能量轉(zhuǎn)換電路，沒有本質(zhì)的區(qū)別。但是，兩類電路所完成的任務(wù)不同。別。但是，兩類電路所完成的任務(wù)不同。電壓放大電路：電壓放大電路： 要求使負(fù)載得到不失真的電壓

3、信號(hào)；要求使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)； 主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出電阻（阻抗）；主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出電阻（阻抗）； 輸出的功率并不一定大。輸出的功率并不一定大。功率放大電路：功率放大電路： 要求獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β室螳@得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作 本章以分析功率放大電路的本章以分析功率放大電路的輸出功率、效輸出功率、效率和非線性失真之間的矛盾率和非線性失真之間的矛盾為主線，逐步提出為主線，逐步提出解決矛盾的措施。在電路方面，以解決矛盾的措施。在電路方面，以互補(bǔ)對(duì)稱功互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路為重點(diǎn)率放大電路為

4、重點(diǎn)進(jìn)行較詳細(xì)的分析與計(jì)算。進(jìn)行較詳細(xì)的分析與計(jì)算。3、甲乙類放大、甲乙類放大 1、甲類放大、甲類放大 2、乙類放大、乙類放大放大電路工作方式分類：放大電路工作方式分類：1、甲類放大：、甲類放大： Q點(diǎn)適中，在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，均有電流流點(diǎn)適中，在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，均有電流流過過BJT， BJT處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通角為處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通角為3600ICQ0iCiB =常數(shù)常數(shù)QvCEiC t從甲類放大電路中知道，從甲類放大電路中知道，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。+uVCCLRb1Ri甲類功率放大器分析甲類功率放大器分析(1) 三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：若

5、若CCCEQVV21的的靜靜態(tài)態(tài)功功耗耗相相等等三三極極管管和和負(fù)負(fù)載載電電阻阻LRCQCEQTIVPCQCCVIVP電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21則則+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ(2) 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)Vi時(shí)）時(shí)）輸出功率輸出功率:omomomomo2122IVIVP 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Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大輸出功率最大輸出功率:CQCComIVP )21(21MNVomIom功率三角形功率三角形iCvCEQVCEQICQVC

6、C電源提供的功率電源提供的功率CQCCCmCQCCCCCVIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此電路的最高效率此電路的最高效率%25VomPP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 靜態(tài)功率大，效率低靜態(tài)功率大，效率低2、乙類放大：、乙類放大：00iCiB=常數(shù)常數(shù)QvCEiC t 把把Q點(diǎn)向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)電源輸出的功率也為零（或很點(diǎn)向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)電源輸出的功率也為零（或很?。盘?hào)增大時(shí)電源供給的功率也隨之增大，這樣電源供給功率及管?。盘?hào)增大時(shí)電源供給的功率也隨之增大，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變

7、，也就改變了甲類放大效率低的狀況。耗都隨著輸出功率的大小而變，也就改變了甲類放大效率低的狀況。 Q點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，靜態(tài)電流為點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。導(dǎo)通角為導(dǎo)通角為1803、甲乙類放大：、甲乙類放大：0ICQ0iCiB=常數(shù)常數(shù)QvCEiC t甲乙類和乙類放大主要用于功率放大電路中甲乙類和乙類放大主要用于功率放大電路中 BJT的導(dǎo)通時(shí)間超過半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間超過半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期(介介于甲類、乙類中間于甲類、乙類中間)。導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180小于小于3601、電路組成、電路組成互補(bǔ)對(duì)稱：互補(bǔ)對(duì)稱： 電

8、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。uuVCCVCCoiLR11-1 OCL11-1 OCL電路電路一、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路一、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路2 2、工作原理（設(shè)、工作原理（設(shè)v vi i為正弦波）為正弦波）ic1ic2 靜態(tài)時(shí)：靜態(tài)時(shí)：vi = 0V ic1、ic2均均=0（乙類工作狀態(tài)）（乙類工作狀態(tài)） vo = 0V動(dòng)態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí)：vi 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通vi 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2 實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)時(shí)管子不取電流

9、，有信號(hào)時(shí)實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)時(shí)管子不取電流，有信號(hào)時(shí)T1和和T2兩個(gè)管子兩個(gè)管子交替導(dǎo)通，輪流導(dǎo)電，組成推挽式電路，在負(fù)載上得到完整交替導(dǎo)通，輪流導(dǎo)電，組成推挽式電路，在負(fù)載上得到完整的正弦波。兩個(gè)管子互補(bǔ)對(duì)方的不足，工作性能對(duì)稱。的正弦波。兩個(gè)管子互補(bǔ)對(duì)方的不足，工作性能對(duì)稱。uuVCCVCCoiLR輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖vivovovo 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Vom=VCC- VCESuuVCCVCCoiLRiC1vCEiC2QVCCVCESVCESVom3、分析計(jì)算、分析計(jì)

10、算飽和壓降飽和壓降最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomL2CCL2CESCC2om22)(2RVRVVRVPLom輸出功率輸出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVPuuVCCVCCoiLR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Vom=VCC- VCES一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP 管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV)4(12omomCCLVVVRT1T2T1T2PP=PP)4(22omomCCLVVVRuuVCCVCCoiLRtVvomosin設(shè)：設(shè)：電源供給的功

11、率電源供給的功率PVToV=PPPLomCC2RVV當(dāng)當(dāng)時(shí)， CComVV 2L2CCVmRVP效率效率 CComVo4=VVPP時(shí)， CComVV% 78.54max 最高效率最高效率 max0iv0VP0iv)4(1=2omomCCLT1VVVRP4、選功率管的原則、選功率管的原則（1）最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系）最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系 管耗管耗PT1是輸出電壓幅值是輸出電壓幅值Vom的函數(shù)，可用求極限的方法的函數(shù)，可用求極限的方法得到最大管耗。得到最大管耗。21/1omCCLomTVVRdVdP02,0/1omCComTVVdVdP則令時(shí)具有最大管耗故CCCComVVV6 .02

12、L2CC2T1m1RVPL2CCom2RVPomPRVP2 . 01L2CC2T1m 式子提供了乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路選擇功率管功耗式子提供了乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路選擇功率管功耗 的依據(jù)。的依據(jù)。 例如，例如，負(fù)載要求的最大功率負(fù)載要求的最大功率為為10W，即電路要，即電路要求輸出功率為求輸出功率為10W，那么只要選兩個(gè)額定管耗，那么只要選兩個(gè)額定管耗2W的的管子就可以了。管子就可以了。omPRVP2 . 01L2CC2T1m （2）功率）功率BJT的選擇的選擇 為了得到最大輸出功率，并保證管子的安全，為了得到最大輸出功率，并保證管子的安全，BJT的參數(shù)需滿足下列條件：的參數(shù)需滿足下列條件： 每只每只BJ

13、T的最大允許管耗的最大允許管耗PCM必須大于最大管耗必須大于最大管耗PT1m0.2Pom的管子選用CCCEOBRVV2 通過通過BJT的最大集電極電流為的最大集電極電流為VCC/RL，所選，所選BJT的集電極最大允許電流的集電極最大允許電流ICM一般不宜低于此值一般不宜低于此值 tvo交越失真交越失真vi t存在交越失真存在交越失真5、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

14、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) vi 加入正弦信號(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 二、甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路二、甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCC2 2、帶、帶v vBE擴(kuò)大電路的功率放大器擴(kuò)大電路的功率放大器 )(213212E

15、BBEBEVVRRRV3321)1 (212213BEBEEBBECEVRRVRRRVVV T4：電壓推動(dòng)級(jí)（前置放大級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置放大級(jí)） T3、R1、R2：VBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T1、T2：構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放適當(dāng)調(diào)節(jié)適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2的比的比值，就可改變值，就可改變T1、T2的偏壓值。此方法常的偏壓值。此方法常用于集成電路。用于集成電路。電路中增加復(fù)合管電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型c

16、ebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb3、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)（前置放大級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置放大級(jí)） T2、R1、R2：VBE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)值值, 可得到可得到 VBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。2212)1 (BECEVRRVuuLRT3TT65oT41T2Ti3RR

17、12R一、基本原理一、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V Vi i=0時(shí)，只要時(shí)，只要R1、R2有適當(dāng)數(shù)值，就可給有適當(dāng)數(shù)值，就可給T1、T2提供合適的偏提供合適的偏置；置；CCP21VV 此時(shí)電容上電壓此時(shí)電容上電壓CCC21VV +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO T4：電壓推動(dòng)級(jí)（前置放大級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置放大級(jí)） T3、R1、R2：VBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T1、T2：構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放調(diào)整調(diào)整RW阻值的阻值的大小，可使大小，可使11-2 OTL

18、電路電路 （2）動(dòng)態(tài)分析）動(dòng)態(tài)分析 vi負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止，有電截止，有電流通過負(fù)載流通過負(fù)載RL，同時(shí)，同時(shí)向向C充電；充電； vi正半周時(shí)，正半周時(shí)，T1截止、截止、T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，已充電的已充電的C起負(fù)電起負(fù)電源（源（-VCC）的作用，）的作用，通過負(fù)載通過負(fù)載RL放電。放電。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO采用一個(gè)電源，每個(gè)管子的工作電壓不是原來的采用一個(gè)電源，每個(gè)管子的工作電壓不是原來的VCC，而是而是VCC/2（輸出電壓最大也只能達(dá)到約（輸出電壓最大也只能達(dá)到約VCC/2 ），），故前面導(dǎo)出的計(jì)算公式需進(jìn)行修正。故前面導(dǎo)出

19、的計(jì)算公式需進(jìn)行修正。L2omLomomooo222=RVRVVIVPL2CCL2CESCC2om82)21(2RVRVVRVPLom)421(22omomCCLVVVRPTLomCCRVVPVLCCRVRVP2 )21(22L2CCVm（3）計(jì)算公式）計(jì)算公式（4）輸出功率及效率）輸出功率及效率2maxCCoVV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。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiOCComVo2=VVPP時(shí)， 2omCCVV% 78.54max 二、二、 帶自舉電路的單

20、電源功放帶自舉電路的單電源功放(1) 靜態(tài)靜態(tài)( vi =0)CCP21VV 故：故：C1充電后，其充電后，其兩端有一固定電壓兩端有一固定電壓+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7為自舉電路為自舉電路D73RIVVCCCD73121RIVVCCCC+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TD（2）動(dòng)態(tài)）動(dòng)態(tài) 當(dāng)時(shí)間常數(shù)當(dāng)時(shí)間常數(shù)R7C1足夠大足夠大時(shí)，電容兩端電壓時(shí)，電容兩端電壓vC1C1將基將基本為常數(shù)（本為常數(shù)（ vC1VC1 ），），不隨不隨vi而改變。而改變。 當(dāng)當(dāng)vi為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)，T1導(dǎo)導(dǎo)電，電，VP將由

21、將由VCC/2向更向更正方向變化。因?yàn)檎较蜃兓?。因?yàn)関D =vC1 +vP= VC1+ vp，故隨故隨P P點(diǎn)電位升高，點(diǎn)電位升高，D D點(diǎn)電位點(diǎn)電位也自動(dòng)升高。即使輸出也自動(dòng)升高。即使輸出電壓幅度升的很高，電壓幅度升的很高，也也有足夠的電流有足夠的電流iB1，使使T1充分導(dǎo)電。充分導(dǎo)電。這種工作方式稱為自這種工作方式稱為自舉，意思是電路本身舉，意思是電路本身把把vD提高了提高了三、三、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)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R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(wú)輸出電容）（無(wú)輸出電容）單電源電路單電源電路又稱又稱OTL電路電路 （無(wú)輸出變壓器）（無(wú)輸出變壓器）LCCoRVP22max LCCoRVP82max SHM1150+VVCCEE+uu-io136108RL(b)(a)RRRRRRRRRRRCIIuu+VVTTTTTTTTT12678910111213124567891012