功率放大電路的一般問題重點(diǎn)課件

5.1功率放大電路的一般問題

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理

5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

第五章功率放大電路

5.1功率放大電路的一般問題第五章功率放大電路15.1功率放大電路的一般問題1．功率放大電路的定義

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶負(fù)載能力要強(qiáng)。2．功率放大電路與電壓放大電路的區(qū)別

(1).本質(zhì)相同電壓放大電路或電流放大電路：主要用于增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度。功率放大電路:主要輸出較大的功率。但無論哪種放大電路，在負(fù)載上都同時(shí)存在輸出電壓、電流和功率，從能量控制的觀點(diǎn)來看，放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。因此，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。稱呼上的區(qū)別只不過是強(qiáng)調(diào)的輸出量不同而已。5.1功率放大電路的一般問題1．功率放大電路的定義25.1功率放大電路的一般問題(2).任務(wù)不同電壓放大電路：主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)。輸出的功率并不一定大。在小信號(hào)狀態(tài)下工作.功率放大電路：主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?。在大信號(hào)狀態(tài)下工作。(3).指標(biāo)不同電壓放大電路：主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗.功率放大電路：主要指標(biāo)是功率、效率、非線性失真。(4).研究方法不同電壓放大電路：圖解法、等效電路法功率放大電路：圖解法3.功率放大電路的特殊問題（1）功率要大

（2）效率要高

（3）失真要小

（4）散熱要好

為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

所謂效率就是負(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。它代表了電路將電源直流能量轉(zhuǎn)換為輸出交流能量的能力.功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。

在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個(gè)重要問題。5.1功率放大電路的一般問題(2).任務(wù)不同(3).35.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類（1）甲類放大在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)三極管都導(dǎo)通，都有電流流過三極管。這種工作方式稱為甲類放大?；蚍QA類放大。此時(shí)整個(gè)周期都有，功率管的導(dǎo)電角θ=2π。（2）乙類放大（B類放大）在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期三極管導(dǎo)通。稱為乙類放大。如圖2所示，此時(shí)功率管的導(dǎo)電角θ=π。5.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類45.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類（3）甲乙類放大（AB類放大）在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周期以上三極管是導(dǎo)通的。稱為甲乙類放大。如圖所示，此時(shí)功率管的導(dǎo)電角θ滿足：π<θ<2π。（4）丙類放大（c類放大）功率管的導(dǎo)電角小于半個(gè)周期，即0<θ<π5.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類55.1功率放大電路的一般問題5．提高效率的主要途徑（1）效率η是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率（即輸出功率Po）和電源供給的直流功率（PV）的比值。要提高效率，就應(yīng)消耗在晶體管上的功率PT,將電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率。（3）

提高效率的主要途徑是減小靜態(tài)電流從而減少管耗。（2）

在甲類放大電路中，為使信號(hào)不失真，需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，都有電流流過三極管。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，電源供給的功率一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分則消耗在管子（和電阻）上，并轉(zhuǎn)化為熱量的形式耗散出去，稱為管耗。甲類放大電路的效率是較低的，可以證明，即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素，因此如果把靜態(tài)工作點(diǎn)Q向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)電源輸出的功率也等于零（或很?。?，信號(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，也就改變了甲類放大時(shí)效率低的狀況。實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想的電路有乙類和甲乙類放大。乙類和甲乙類放大主要用于功率放大電路中。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，因此，既要保持靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使失真不太嚴(yán)重，這就需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。5.1功率放大電路的一般問題5．提高效率的主要途徑（65.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（1）電路組成:（2）工作原理:(a)乙類放大電路:由于該電路無基極偏置，所以vBE1=vBE2=vi。當(dāng)vi=0時(shí)，T1、T2均處于截止?fàn)顟B(tài)，所以該電路為乙類放大電路。(b)互補(bǔ)電路:考慮到BJT發(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)才導(dǎo)電，因此當(dāng)信號(hào)處于正半周時(shí)，vBE1=vBE2>0，則T2截止，T1承擔(dān)放大任務(wù)，有電流通過負(fù)載RL；(c)互補(bǔ)對(duì)稱(OCL)電路:為了使負(fù)載上得到的波形正、負(fù)半周大小相同，還要求兩個(gè)管子的特性必須完全一致，即工作性能對(duì)稱。所以圖1所示電路通常稱為乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路。該電路是由兩個(gè)射極輸出器組成的。圖中,T1和T2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的基極和發(fā)射極相互連接在一起，信號(hào)從基極輸入，從射極輸出，RL為負(fù)載5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（75.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理2.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的圖解分析（功率放大電路的分析任務(wù)是求解最大輸出功率、效率及三極管的工作參數(shù)等。分析的關(guān)鍵是vo的變化范圍。在分析方法上，通常采用圖解法，這是因?yàn)锽JT處于大信號(hào)下工作.下圖表示在vi為正半周時(shí)T1的工作情況。圖中假定，只要vBE1=vi>0，T1就開始導(dǎo)電，則在一周期內(nèi)T1導(dǎo)電時(shí)間約為半周期。隨著vi的增大，工作點(diǎn)沿著負(fù)載線上移，則io=iC1增大，vo也增大，當(dāng)工作點(diǎn)上移到圖中A點(diǎn)時(shí)，vCE1=VCES，已到輸出特性的飽和區(qū)，此時(shí)輸出電壓達(dá)到最大不失真幅值Vomax。Vomax（a）T1管的工作情況vo根據(jù)上述圖解分析，可得輸出電壓的幅值為Vom=IomRL=VCC-VCE1其最大值為Vommax=VCC-VCES。T2管的工作情況和T1相似，只是在信號(hào)的負(fù)半周導(dǎo)電。兩管的工作情況：為了便于分析兩管的工作情況，將T2的特性曲線倒置在T1的右下方，并令二者在Q點(diǎn)，即vCE=VCC處重合，形成T1和T2的所謂合成曲線，如圖3(b)所示。這時(shí)負(fù)載線通過VCC點(diǎn)形成一條斜線，其斜率為-1/RL。顯然，允許的io的最大變化范圍為2Iom，vo的變化范圍為2Vom=2IomRL=2（VCC-VCES）。若忽略管子的飽和壓降VCES，則Vommax≈2VCC。根據(jù)以上分析，不難求出工作在乙類的互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率。

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理2.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的85.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理4．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的管耗考慮到T1和T2在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)各導(dǎo)電約180°，且通過兩管的電流和兩管兩端的電壓vCE在數(shù)值上都分別相等（只是在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)周期）。因此，為求出總管耗，只需先求出單管的損耗就行了。設(shè)輸出電壓為vo=Vomsinwt，則T1的管耗為

而兩管的管耗為5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理4．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的管95.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理5．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的效率效率就是負(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。為了計(jì)算效率，必須先分析直流電源供給的功率PV，它包括負(fù)載得到的信號(hào)功率和T1、T2消耗的功率兩部分，即當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，即Vom=VCC時(shí)，則得電源供給的最大功率為所以，一般情況下效率為當(dāng)VomVCC時(shí)，則5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理5．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的效105.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系工作在乙類的基本互補(bǔ)對(duì)稱電路，在靜態(tài)時(shí)，管子幾乎不取電流，管耗接近于零，因此，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出功率較小，管耗也小，這是容易理解的；但能否認(rèn)為，當(dāng)輸入信號(hào)愈大，輸出功率也愈大，管耗就愈大呢？答案是否定的。那么，最大管耗發(fā)生在什么情況下呢？由管耗表達(dá)式可知管耗PT1是輸出電壓幅值Vom的函數(shù)，因此，可以用求極值的方法來求解。有:

令故Vom=2VCC/p?0.6VCC此時(shí)最大管耗為5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率115.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系

為了便于選擇功放管，常將最大管耗與功放電路的最大輸出功率聯(lián)系起來。由最大輸出功率表達(dá)式上式常用來作為乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路選擇管子的依據(jù)，它說明，如果要求輸出功率為10W，則只要用兩個(gè)額定管耗大于2W的管子就可以了。當(dāng)然，在實(shí)際選管子時(shí)，還應(yīng)留有充分的安全余量，因?yàn)樯厦娴挠?jì)算是在理想情況下進(jìn)行的?？傻妹抗艿淖畲蠊芎暮妥畲筝敵龉β手g具有如下的關(guān)系為了加深印象，可以通過Po、PT1和PV與Vom/VCC的關(guān)系曲線（如圖1所示）觀察它們的變化規(guī)律。圖中用Vom/VCC表示的自變量作為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)分別用相對(duì)值表示。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率125.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理7．功率BJT的選擇在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇不容忽視。選擇時(shí)一般應(yīng)考慮BJT的三個(gè)極限參數(shù)，即集電極最大允許功率損耗PCM，集電極最大允許電流ICM和集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓V(BR)CEO。由前面知識(shí)點(diǎn)的分析可知，若想得到最大輸出功率，又要使功率BJT安全工作，BJT的參數(shù)必須滿足下列條件：（（1）

每只BJT的最大管耗PT1max≧0.2Pomax（（2）

通過BJT的最大集電極電流為Icm≧Voc/RL（（3）

考慮到當(dāng)T2導(dǎo)通時(shí)，-vCE2=VCES≈0，此時(shí)vCE1具有最大值，且等于2VCC，因此，應(yīng)選用反向擊穿電壓|V(BR)CEO|>2VCC的管子。注意，在實(shí)際選擇管子時(shí)，其極限參數(shù)還要留有充分的余地。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理7．功率BJT的選擇135.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的交越失真理想情況下，乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出沒有失真。實(shí)際的乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（圖），由于沒有直流偏置，只有當(dāng)當(dāng)輸入信號(hào)vi大于管子的門坎電壓（NPN硅管約為0.6V，PNP鍺管約為0.2V）時(shí)，管子才能導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號(hào)vi低于這個(gè)數(shù)值時(shí)，T1和T2都截止，ic1和ic2基本為零，負(fù)載RL上無電流通過，出現(xiàn)一段死區(qū)，如圖所示。這種現(xiàn)象稱為交越失真。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放145.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

2．甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路2.1基本電路為了克服乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的交越失真，需要給電路設(shè)置偏置，使之工作在甲乙類狀態(tài)。如圖所示。圖中：T3組成前置放大級(jí)（注意，圖中未畫出T3的偏置電路），給功放級(jí)提供足夠的偏置電流。T1和T2組成互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)。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)，工作在甲乙類。這樣，即使vi很?。―1和D2的交流電阻也?。旧峡删€性地進(jìn)行放大。上述偏置方法的缺點(diǎn)：偏置電壓不易調(diào)整，改進(jìn)方法可采用VBE擴(kuò)展電路。2.2VBE擴(kuò)展電路VBE擴(kuò)展電路如圖所示圖中，流入T4的極電流遠(yuǎn)小于流過R1、R2的電流，則由圖可求出E4=VBE4（R1+R2）/R2由于VBE4基本為一固定值（硅管約為0.6~0.7V），只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2的比值，就可改變T1、T2的偏壓VCE4值。Vce4就是T1、T2的偏置電壓這種電路稱為VBE擴(kuò)展電路5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2．甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)155.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路3.1電路組成

甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖所示。

T3組成前置放大級(jí)，T2和T1組成互補(bǔ)對(duì)稱電路輸出級(jí)3.2工作原理在vi=0時(shí)，調(diào)節(jié)R1、R2，就可使IC3、VB2和VB1達(dá)到所需大小，給T2和T1提供一個(gè)合適的偏置，從而使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。vi≠0時(shí)，在信號(hào)的負(fù)半周，T1導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中電源-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（比信號(hào)的最長(zhǎng)周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作用。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱165.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路3.1電路組成T3組成前置放大級(jí)，T2和T1組成互補(bǔ)對(duì)稱電路輸出級(jí)。

3.2工作原理在vi=0時(shí)，調(diào)節(jié)R1、R2，就可使IC3、VB2和VB1達(dá)到所需大小，給T2和T1提供一個(gè)合適的偏置，從而使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。vi≠0時(shí)，在信號(hào)的負(fù)半周，T1導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中電源-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（比信號(hào)的最長(zhǎng)周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作用。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)175.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路3.3分析計(jì)算：采用一個(gè)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，即輸出電壓幅值Vom最大也只能達(dá)到約VCC/2，所以前面導(dǎo)出的計(jì)算Po、PT、和PV的最大值公式，必須加以修正才能使用。修正的方法也很簡(jiǎn)單，只要以Vcc/2代替原來的公式中的VCC即可。4.1單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問題單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路解決了工作點(diǎn)的偏置和穩(wěn)定問題。4．自舉電路但輸出電壓幅值達(dá)不到Vom=VCC/2?，F(xiàn)分析如下：（1）理想情況當(dāng)vi為負(fù)半周最大值時(shí)，iC3最小，vB1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接近飽和導(dǎo)電，vK=VCES≈0。因此，負(fù)載RL兩端得到的交流輸出電壓幅值Vom=VCC/2。（2）實(shí)際情況當(dāng)vi為負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)電，因而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的基流將受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1輸向負(fù)載的電流，使RL兩端得不到足夠的電壓變化量，致使Vom明顯小于VCC/2。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)185.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

4.2自舉電路（1）電路解決上述矛盾方法是如果把圖1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由另一電源供給，則問題即可以得到解決。通常的辦法是在電路中引入R3、C3等元件組成的所謂自舉電路，如圖所示。（2）工作原理在圖中，當(dāng)vi=0時(shí)，vD=VD=VCC-Ic3R3，而vK=VK=VCC/2，因此電容T1兩端電壓被充電到VC3=VCC/2-Ic3R3。當(dāng)時(shí)間常數(shù)R3C3足夠大時(shí)，vC3（電容C3兩端電壓）將基本為常數(shù)（vC3≈VC3），不隨vi而改變。這樣，當(dāng)vi為負(fù)時(shí)，T1導(dǎo)電，vK將由VCC/2向更正方向變化，考慮到vD=vC3+vK=VC3+vK，顯然，隨著K點(diǎn)電位升高，D點(diǎn)電位vD也自動(dòng)升高。因而，即使輸出電壓幅度升得很高，也有足夠的電流iB1，使T1充分導(dǎo)電。這種工作方式稱為自舉，意思是電路本身把vD提高了。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路4.2自舉電路（1）19本章小結(jié)

功率放大電路是在大信號(hào)下工作，通常采用圖解法進(jìn)行分析。研究的重點(diǎn)是如何在允許的失真情況下，盡可能提高輸出功率和效率。與甲類功率放大電路相比，乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的主要優(yōu)點(diǎn)是效率高，在理想情況下，其最大效率約為7.85%。為保證BJT安全工作，雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路工作在乙類時(shí)，器件的極限參數(shù)必須滿足：PCM＞PT1≈0.2Pom，|V(BR)CEO|＞2VCC，ICM＞VCC/RL。由于BJT輸入特性存在死區(qū)電壓，工作在乙類的互補(bǔ)對(duì)稱電路將出現(xiàn)交越失真，克服交越失真的方法是采用甲乙類（接近乙類）互補(bǔ)對(duì)稱電路。通?？衫枚O管或VBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置。在單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中，計(jì)算輸出功率、效率、管耗和電源供給的功率，可借用雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路的計(jì)算公式，但要用VCC/2代替原公式中的VCC。本章小結(jié)功率放大電路是在大信號(hào)下工作，205.1功率放大電路的一般問題

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理

5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

第五章功率放大電路

5.1功率放大電路的一般問題第五章功率放大電路215.1功率放大電路的一般問題1．功率放大電路的定義

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶負(fù)載能力要強(qiáng)。2．功率放大電路與電壓放大電路的區(qū)別

(1).本質(zhì)相同電壓放大電路或電流放大電路：主要用于增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度。功率放大電路:主要輸出較大的功率。但無論哪種放大電路，在負(fù)載上都同時(shí)存在輸出電壓、電流和功率，從能量控制的觀點(diǎn)來看，放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。因此，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。稱呼上的區(qū)別只不過是強(qiáng)調(diào)的輸出量不同而已。5.1功率放大電路的一般問題1．功率放大電路的定義225.1功率放大電路的一般問題(2).任務(wù)不同電壓放大電路：主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)。輸出的功率并不一定大。在小信號(hào)狀態(tài)下工作.功率放大電路：主要任務(wù)是使負(fù)載得到不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?。在大信號(hào)狀態(tài)下工作。(3).指標(biāo)不同電壓放大電路：主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗.功率放大電路：主要指標(biāo)是功率、效率、非線性失真。(4).研究方法不同電壓放大電路：圖解法、等效電路法功率放大電路：圖解法3.功率放大電路的特殊問題（1）功率要大

（2）效率要高

（3）失真要小

（4）散熱要好

為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

所謂效率就是負(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。它代表了電路將電源直流能量轉(zhuǎn)換為輸出交流能量的能力.功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。

在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個(gè)重要問題。5.1功率放大電路的一般問題(2).任務(wù)不同(3).235.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類（1）甲類放大在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)三極管都導(dǎo)通，都有電流流過三極管。這種工作方式稱為甲類放大?；蚍QA類放大。此時(shí)整個(gè)周期都有，功率管的導(dǎo)電角θ=2π。（2）乙類放大（B類放大）在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，只有半個(gè)周期三極管導(dǎo)通。稱為乙類放大。如圖2所示，此時(shí)功率管的導(dǎo)電角θ=π。5.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類245.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類（3）甲乙類放大（AB類放大）在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周期以上三極管是導(dǎo)通的。稱為甲乙類放大。如圖所示，此時(shí)功率管的導(dǎo)電角θ滿足：π<θ<2π。（4）丙類放大（c類放大）功率管的導(dǎo)電角小于半個(gè)周期，即0<θ<π5.1功率放大電路的一般問題4．放大電路的工作狀態(tài)分類255.1功率放大電路的一般問題5．提高效率的主要途徑（1）效率η是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率（即輸出功率Po）和電源供給的直流功率（PV）的比值。要提高效率，就應(yīng)消耗在晶體管上的功率PT,將電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率。（3）

提高效率的主要途徑是減小靜態(tài)電流從而減少管耗。（2）

在甲類放大電路中，為使信號(hào)不失真，需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，都有電流流過三極管。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，電源供給的功率一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分則消耗在管子（和電阻）上，并轉(zhuǎn)化為熱量的形式耗散出去，稱為管耗。甲類放大電路的效率是較低的，可以證明，即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素，因此如果把靜態(tài)工作點(diǎn)Q向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)電源輸出的功率也等于零（或很?。?，信號(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，也就改變了甲類放大時(shí)效率低的狀況。實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想的電路有乙類和甲乙類放大。乙類和甲乙類放大主要用于功率放大電路中。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，因此，既要保持靜態(tài)時(shí)管耗小，又要使失真不太嚴(yán)重，這就需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。5.1功率放大電路的一般問題5．提高效率的主要途徑（265.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（1）電路組成:（2）工作原理:(a)乙類放大電路:由于該電路無基極偏置，所以vBE1=vBE2=vi。當(dāng)vi=0時(shí)，T1、T2均處于截止?fàn)顟B(tài)，所以該電路為乙類放大電路。(b)互補(bǔ)電路:考慮到BJT發(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)才導(dǎo)電，因此當(dāng)信號(hào)處于正半周時(shí)，vBE1=vBE2>0，則T2截止，T1承擔(dān)放大任務(wù)，有電流通過負(fù)載RL；(c)互補(bǔ)對(duì)稱(OCL)電路:為了使負(fù)載上得到的波形正、負(fù)半周大小相同，還要求兩個(gè)管子的特性必須完全一致，即工作性能對(duì)稱。所以圖1所示電路通常稱為乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路。該電路是由兩個(gè)射極輸出器組成的。圖中,T1和T2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的基極和發(fā)射極相互連接在一起，信號(hào)從基極輸入，從射極輸出，RL為負(fù)載5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（275.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理2.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的圖解分析（功率放大電路的分析任務(wù)是求解最大輸出功率、效率及三極管的工作參數(shù)等。分析的關(guān)鍵是vo的變化范圍。在分析方法上，通常采用圖解法，這是因?yàn)锽JT處于大信號(hào)下工作.下圖表示在vi為正半周時(shí)T1的工作情況。圖中假定，只要vBE1=vi>0，T1就開始導(dǎo)電，則在一周期內(nèi)T1導(dǎo)電時(shí)間約為半周期。隨著vi的增大，工作點(diǎn)沿著負(fù)載線上移，則io=iC1增大，vo也增大，當(dāng)工作點(diǎn)上移到圖中A點(diǎn)時(shí)，vCE1=VCES，已到輸出特性的飽和區(qū)，此時(shí)輸出電壓達(dá)到最大不失真幅值Vomax。Vomax（a）T1管的工作情況vo根據(jù)上述圖解分析，可得輸出電壓的幅值為Vom=IomRL=VCC-VCE1其最大值為Vommax=VCC-VCES。T2管的工作情況和T1相似，只是在信號(hào)的負(fù)半周導(dǎo)電。兩管的工作情況：為了便于分析兩管的工作情況，將T2的特性曲線倒置在T1的右下方，并令二者在Q點(diǎn)，即vCE=VCC處重合，形成T1和T2的所謂合成曲線，如圖3(b)所示。這時(shí)負(fù)載線通過VCC點(diǎn)形成一條斜線，其斜率為-1/RL。顯然，允許的io的最大變化范圍為2Iom，vo的變化范圍為2Vom=2IomRL=2（VCC-VCES）。若忽略管子的飽和壓降VCES，則Vommax≈2VCC。根據(jù)以上分析，不難求出工作在乙類的互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率。

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理2.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的285.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理4．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的管耗考慮到T1和T2在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)各導(dǎo)電約180°，且通過兩管的電流和兩管兩端的電壓vCE在數(shù)值上都分別相等（只是在時(shí)間上錯(cuò)開了半個(gè)周期）。因此，為求出總管耗，只需先求出單管的損耗就行了。設(shè)輸出電壓為vo=Vomsinwt，則T1的管耗為

而兩管的管耗為5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理4．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的管295.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理5．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的效率效率就是負(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。為了計(jì)算效率，必須先分析直流電源供給的功率PV，它包括負(fù)載得到的信號(hào)功率和T1、T2消耗的功率兩部分，即當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，即Vom=VCC時(shí)，則得電源供給的最大功率為所以，一般情況下效率為當(dāng)VomVCC時(shí)，則5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理5．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的效305.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系工作在乙類的基本互補(bǔ)對(duì)稱電路，在靜態(tài)時(shí)，管子幾乎不取電流，管耗接近于零，因此，當(dāng)輸入信號(hào)較小時(shí)，輸出功率較小，管耗也小，這是容易理解的；但能否認(rèn)為，當(dāng)輸入信號(hào)愈大，輸出功率也愈大，管耗就愈大呢？答案是否定的。那么，最大管耗發(fā)生在什么情況下呢？由管耗表達(dá)式可知管耗PT1是輸出電壓幅值Vom的函數(shù)，因此，可以用求極值的方法來求解。有:

令故Vom=2VCC/p?0.6VCC此時(shí)最大管耗為5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率315.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系

為了便于選擇功放管，常將最大管耗與功放電路的最大輸出功率聯(lián)系起來。由最大輸出功率表達(dá)式上式常用來作為乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路選擇管子的依據(jù)，它說明，如果要求輸出功率為10W，則只要用兩個(gè)額定管耗大于2W的管子就可以了。當(dāng)然，在實(shí)際選管子時(shí)，還應(yīng)留有充分的安全余量，因?yàn)樯厦娴挠?jì)算是在理想情況下進(jìn)行的?？傻妹抗艿淖畲蠊芎暮妥畲筝敵龉β手g具有如下的關(guān)系為了加深印象，可以通過Po、PT1和PV與Vom/VCC的關(guān)系曲線（如圖1所示）觀察它們的變化規(guī)律。圖中用Vom/VCC表示的自變量作為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)分別用相對(duì)值表示。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理6最大管耗與最大輸出功率325.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理7．功率BJT的選擇在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇不容忽視。選擇時(shí)一般應(yīng)考慮BJT的三個(gè)極限參數(shù)，即集電極最大允許功率損耗PCM，集電極最大允許電流ICM和集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓V(BR)CEO。由前面知識(shí)點(diǎn)的分析可知，若想得到最大輸出功率，又要使功率BJT安全工作，BJT的參數(shù)必須滿足下列條件：（（1）

每只BJT的最大管耗PT1max≧0.2Pomax（（2）

通過BJT的最大集電極電流為Icm≧Voc/RL（（3）

考慮到當(dāng)T2導(dǎo)通時(shí)，-vCE2=VCES≈0，此時(shí)vCE1具有最大值，且等于2VCC，因此，應(yīng)選用反向擊穿電壓|V(BR)CEO|>2VCC的管子。注意，在實(shí)際選擇管子時(shí)，其極限參數(shù)還要留有充分的余地。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的組成原理7．功率BJT的選擇335.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的交越失真理想情況下，乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出沒有失真。實(shí)際的乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路（圖），由于沒有直流偏置，只有當(dāng)當(dāng)輸入信號(hào)vi大于管子的門坎電壓（NPN硅管約為0.6V，PNP鍺管約為0.2V）時(shí)，管子才能導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號(hào)vi低于這個(gè)數(shù)值時(shí)，T1和T2都截止，ic1和ic2基本為零，負(fù)載RL上無電流通過，出現(xiàn)一段死區(qū)，如圖所示。這種現(xiàn)象稱為交越失真。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1．乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放345.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

2．甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路2.1基本電路為了克服乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的交越失真，需要給電路設(shè)置偏置，使之工作在甲乙類狀態(tài)。如圖所示。圖中：T3組成前置放大級(jí)（注意，圖中未畫出T3的偏置電路），給功放級(jí)提供足夠的偏置電流。T1和T2組成互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)。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)，工作在甲乙類。這樣，即使vi很?。―1和D2的交流電阻也?。?，基本上可線性地進(jìn)行放大。上述偏置方法的缺點(diǎn)：偏置電壓不易調(diào)整，改進(jìn)方法可采用VBE擴(kuò)展電路。2.2VBE擴(kuò)展電路VBE擴(kuò)展電路如圖所示圖中，流入T4的極電流遠(yuǎn)小于流過R1、R2的電流，則由圖可求出E4=VBE4（R1+R2）/R2由于VBE4基本為一固定值（硅管約為0.6~0.7V），只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1、R2的比值，就可改變T1、T2的偏壓VCE4值。Vce4就是T1、T2的偏置電壓這種電路稱為VBE擴(kuò)展電路5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2．甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)355.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路3.1電路組成

甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖所示。

T3組成前置放大級(jí)，T2和T1組成互補(bǔ)對(duì)稱電路輸出級(jí)3.2工作原理在vi=0時(shí)，調(diào)節(jié)R1、R2，就可使IC3、VB2和VB1達(dá)到所需大小，給T2和T1提供一個(gè)合適的偏置，從而使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。vi≠0時(shí)，在信號(hào)的負(fù)半周，T1導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中電源-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（比信號(hào)的最長(zhǎng)周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作用。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱365.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

3．甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路3.1電路組成T3組成前置放大級(jí)，T2和T1組成互補(bǔ)對(duì)稱電路輸出級(jí)。

3.2工作原理在vi=0時(shí)，調(diào)節(jié)R1、R2，就可使IC3、VB2和VB1達(dá)到所需大小，給T2和T1提供一個(gè)合適的偏置，從而使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。vi≠0時(shí)，在信號(hào)的負(fù)半周，T1導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，T2導(dǎo)電，則已充電的電容C起著雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路中電源-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（比信號(hào)的最長(zhǎng)周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作