第3章 生物醫(yī)學(xué)常用放大器 第4節(jié) 功率放大器

第四節(jié)功率放大器一、功率放大器的特點(diǎn)和分類(lèi)1.1特點(diǎn)1.2分類(lèi)二、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器2.1OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器工作原理2.2交越失真及解決方法2.3OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器工作原理第三章生物醫(yī)學(xué)常用放大器

功率放大電路以獲得最大輸出功率為目標(biāo)，即不僅要求足夠大的電壓變化量，而且還要求足夠大的電流變化量，它能高效地把直流電能轉(zhuǎn)化為按輸入信號(hào)變化的交流電能，即能夠向負(fù)載提供足夠輸出功率的電路稱(chēng)為功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)功放。一、功率放大器的特點(diǎn)和分類(lèi)

1．功率放大器工作特點(diǎn)

（1）在不失真情況下能輸出盡可能大的功率。在選擇功放管時(shí)要特別注意集電極最大允許電流ICM、管壓降最大值UCEO、最大耗散功率PCM等極限參數(shù)的選擇，以確保管子安全工作。IcucePCMICMUCEM注意：功放電路中電流、電壓值都比較大，電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM。

（2）效率要高。功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱(chēng)為效率，用公式表示：Pom:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE

：電源提供的直流功率

（3）盡量減小非線(xiàn)性失真。由于功率放大器處于大信號(hào)工作狀態(tài)，輸出電壓和電流的變化幅度較大，有可能超出特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍，容易產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。

（4）分析方法。功率放大器處于大信號(hào)極限工作狀態(tài)，必須采用圖解分析法。

（5）功放管散熱問(wèn)題

由于功率放大器的工作電壓、電流都很大，管耗大，使管子本身升溫發(fā)熱。當(dāng)管子溫度升高到一定程度（鍺管一般為75—90℃，硅管為150℃）后，就會(huì)損壞晶體結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)采取散熱措施，通常是給功放管加裝由銅、鋁等導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制成的散熱片子（板），加裝了散熱片的功放管可充分發(fā)揮管子的潛力，增加輸出功率而不損壞管子。2.功率放大器的分類(lèi)通常按靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線(xiàn)上的位置不同，功率放大器可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)等三種工作狀態(tài)。如圖所示：

晶體管的工作方式1.甲類(lèi)方式：晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)2.乙類(lèi)方式：晶體管僅在信號(hào)的半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)3.甲乙類(lèi)方式：晶體管在信號(hào)的半個(gè)多周期處于導(dǎo)通狀態(tài)靜態(tài)工作點(diǎn)位于負(fù)載線(xiàn)的中點(diǎn)，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過(guò)三極管。

輸入交流信號(hào)為零時(shí)，直流電源仍提供有IC和UCE。電源提供的功率PE全部消耗在管子和電阻上。

當(dāng)有交流輸入信號(hào)加入時(shí)，電源功率一部分轉(zhuǎn)換為有用的輸出功率，另一部分轉(zhuǎn)換為管耗。其特點(diǎn)為工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。（1）甲類(lèi)功率放大器特點(diǎn)（2）乙類(lèi)功率放大器特點(diǎn)

靜態(tài)時(shí)IC＝0，乙類(lèi)放大器的管耗基本為零。當(dāng)有交流信號(hào)輸入后，電源供給的直流功率大部分轉(zhuǎn)換為交流輸出，效率提高了。在乙類(lèi)工作狀態(tài)時(shí)，加入輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，放大器只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，另半個(gè)周期則截止，波形產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。其特點(diǎn)為靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類(lèi)功率放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)位于甲類(lèi)和乙類(lèi)之間，靠近截止區(qū)，在這種情況下，靜態(tài)值IC較小，功放管的靜態(tài)功耗也較小。電路加入交流輸入信號(hào)后，電壓、電流波形在負(fù)半周也產(chǎn)生了失真。

其特點(diǎn)為靜態(tài)電流小，管耗小，效率高。（3）甲乙類(lèi)功率放大器特點(diǎn)1.功率管的工作類(lèi)型類(lèi)別特點(diǎn)Q點(diǎn)波形甲類(lèi)無(wú)失真效率低ICQ較大Q

較高甲乙類(lèi)有失真效率高ICQ小Q

較低乙類(lèi)失真大效率最高ICQ=0

Q

最低tiCO

ICQiCO

ICQttiCO

ICQ小結(jié)乙類(lèi)工作狀態(tài)失真最大，靜態(tài)電流為零，管耗最小，效率高。甲乙類(lèi)工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類(lèi)工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。引入原因：在甲乙類(lèi)和乙類(lèi)狀態(tài)下工作時(shí)，雖然提高了功率放大器效率，但產(chǎn)生了嚴(yán)重的失真。

目標(biāo)：既要保證靜態(tài)時(shí)管耗小，又要輸出失真小。工作在乙類(lèi)或甲乙類(lèi)狀態(tài)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器。二、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器2.1OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大器工作原理

OutputCapacitorLess靜態(tài)時(shí)Ui=0，T1、T2均截止，UB=UE=0(1)特征：T1、T2特性理想對(duì)稱(chēng)。(2)靜態(tài)分析T的輸入特性理想化特性（3）動(dòng)態(tài)分析ui正半周，電流通路為

+VCC→T1→RL→地，

uo=ui

兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。ui負(fù)半周，電流通路為地→RL→T2→-VCC，uo=ui2.2交越失真消除失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。信號(hào)在零附近兩只管子均截止開(kāi)啟電壓目標(biāo)：①靜態(tài)時(shí)T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，有信號(hào)時(shí)至少有一只導(dǎo)通；②偏置電路對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響要小。消除交越失真的OCL輸出級(jí)2.3OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器工作原理

(OutputTransformerLess)輸入電壓的正半周：＋V