1、第四章第四章 功率放大器功率放大器4.1 概概 述述4.2 乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱功率放大電路 4.3 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路*4.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路u 甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路4.1 4.1 概述概述例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)實際負載實際負載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、作、 儀表指

2、針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取電壓放大器電壓放大器功率放大器功率放大器放大電壓信號放大電壓信號獲得大的輸出功率獲得大的輸出功率Au Ri RoPo=UoIo小信號小信號微變等微變等效電路分析法效電路分析法大信號大信號圖解法圖解法本質相同本質相同一一. 功放電路的特點功放電路的特點（2） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數不能超過晶體管的極限值注意電路參數不能超過晶

3、體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大Icuce(3) 電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4) 電源提供的能量應盡可能多地轉換給負載，盡量電源提供的能量應盡可能多地轉換給負載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（效率（ ）。）。Po: 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號功率。PE :電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100EOPP（5）功放管散熱和保護問題）功放管散熱和保護問題二二. 甲

4、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：若若CCCEQVU21的靜態(tài)功耗相等的靜態(tài)功耗相等三極管和負載電阻三極管和負載電阻LRCQCEQTIUP CQCCEIVP 電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21則則+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.動態(tài)功耗動態(tài)功耗（當輸入信號（當輸入信號Ui時）時）輸出功率輸出功率:omomomom2122IUIUP o 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)

5、21(21MNUomIom功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCCCQCCIV41電源提供的功率電源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21212020此電路的最高效率此電路的最高效率25. 0 EomPP 甲類功率放大器存在的缺點：甲類功率放大器存在的缺點： 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CQCCTIVP 21三三. BJT的幾種工作狀態(tài)的幾種工作狀態(tài)甲類：甲類：Q點適中，在正弦信號的點適中，在正弦信號的整個周期內均有電流流過整個周期內均有電流流過BJT。甲乙類：甲乙類：介于兩者之間，介于兩者之間，導通角大于導通角

6、大于180iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0，BJT只在只在正弦信號的半個周期內均導通。正弦信號的半個周期內均導通。iCuCEQ2ICQVCC一一. 結構結構4.2 乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱功率放大電路 uuVCCVCCoiLR乙類狀態(tài)的乙類狀態(tài)的NPN、 PNP射極跟隨器射極跟隨器 互補組成對稱式功放互補組成對稱式功放LRuVCCouiVCCLRuiuo二、工作原理二、工作原理ic1 靜態(tài)時：靜態(tài)時：動態(tài)時動態(tài)時:(設設ui為正弦波為正弦波)T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。兩個管子交替工作，在負載上

7、得到完整的正弦波。ui = 0V Ic1=Ic2=0（乙類狀態(tài)）（乙類狀態(tài)） uo = 0Vui 負負半周半周T1截止，截止，T2導通導通ui 正半周正半周T1導通，導通，T2截止截止io= ic1io=ic2uu12VCCVCCoiLRio形成形成uo正半周正半周形成形成uo負半周負半周ic2Po=0PT=0PE=0uuVCCVCCoiLRuo=VCC-uCE |uo|= | uCE| Uom= Ucemio= iCIom= Icm三、分析計算三、分析計算圖解法圖解法IcmUcem 負載上的最大不失真輸出電壓為負載上的最大不失真輸出電壓為(極限值）極限值） Uom= Ucem =VCC -

8、UCES VCC uCEiC1iC2QVCCLCCRVUCES動畫演示動畫演示最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1.輸出功率輸出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP 三、分析計算三、分析計算uuVCCVCCoiLR時時當當CCVUom 一個管子的管耗一個管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP 2.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR3.電

9、源供給的功率電源供給的功率PE ToE=PPPLomCC2RUV 當當時， CComVU 2L2CCEmRVP 4.效率效率 CComEo4=VUPP 時，時， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max四三極管的最大管耗四三極管的最大管耗 使使PT1對對Uom求導，并令導數求導，并令導數=0，有：，有：0)2(1omCCL1 UVRdUdPomT 求得：求得： CC2VUom omCCCCTPRVVVRP2 . 01)2)2(2(1L2222Lmax1 )4(12omomCCLT1UUVRP 管耗：管耗：最大管耗：最大管耗：選功率管的原則：選功率管的原則：1. PCM PT

10、1max =0.2PoM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLR輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR動畫演示動畫演示乙類互補對稱功放的缺點乙類互補對稱功放的缺點uu-oLRi2RD12R1VCCDVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCC交流短路交流短路靜態(tài)時靜態(tài)時: UBE1+| UBE2| = UD1+ UD2 = 0.7V+0.7V=1.4V兩管均處于微導通狀態(tài)兩管均處于微導通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài) IC1= - IC2 Io=0 Uo=0動態(tài)時：動態(tài)時：設設 ui 加入正弦

11、信號。加入正弦信號。電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.結構結構: :4.3 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路功率、效率的計算套用乙類公式，功率、效率的計算套用乙類公式，誤差在允許的范圍內。誤差在允許的范圍內。ui 正半周，正半周，T1通、通、T2止；止；ui 負半周，負半周，T2通、通、T1止。止。2.2.基本原理基本原理uB1tUTtiBIBQ波形關系：波形關系：ICQiCuBEiBib特點：特點：存在較小的靜態(tài)存在較小的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導通時間大每管導通時間大于半個周

12、期，基于半個周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceVCC /ReVCCIBQ2.2.帶前置放大級的甲乙類功率放大器帶前置放大級的甲乙類功率放大器 -+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT3R2 D 克服交越失真克服交越失真T3前置級前置級(甲類狀態(tài)）甲類狀態(tài)）T1 T2互補對稱功放互補對稱功放（甲乙類狀態(tài)）（甲乙類狀態(tài)）（計算同乙類（計算同乙類）R3和和R4穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定輸出電流3. 電路中增加復合管電路中增加復合管增加復合管的目的：增加復合管的目的：擴大電流的驅動能力。擴大電流的驅動能力。 1 2復合復合NPN型型cebCibieiT12TbcebiTiCei2

13、11bebeberrr 111211121)1(bbbbccbcIIIIIIII 2121 晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。復合復合NPN型型復合復合PNP型型cbeibTTe1C2iicebCibieiT12T復合復合NPN型型復合復合PNP型型4. 帶復合管的帶復合管的OCL互補輸出功放電路：互補輸出功放電路： T1：電壓推動級（前置級）電壓推動級（前置級） T2、R1、R2：UBE擴大電路擴大電路 T3、T4、T5、T6：復合管構成互補對稱功放復合管構成互補對稱功放 輸出級中的輸出級中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容

14、易對稱。兩者特性容易對稱。 靜態(tài)工作：靜態(tài)工作：ui=0，T1導通，導通，R3限限流，合理選擇流，合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。在此任意倍的電壓。在此需要需要3 UBE222122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R4.帶運放前置放大級的甲乙類功率放大電路帶運放前置放大級的甲乙類功率放大電路 運放運放A接成同相輸入方式作前置放大級。接成同相輸入方式作前置放大級。 引入了電壓串聯(lián)負反饋。整個電路的電壓放大倍數：引入了電壓串聯(lián)負反饋。整個電路的電壓放大倍數： afiofu1RRuuA uu+-DAR+iTT131VRCC43

15、RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R單電源供電；單電源供電；輸出加有大電容。輸出加有大電容。（作用：負電源、耦合）（作用：負電源、耦合）（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置二二. 甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路 調整調整RW阻值可使阻值可使CCP21VU 電容上電壓電容上電壓CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO1、結構、結構2、工作原理、工作原理C 隔斷直流隔斷直流 IO=0 UO=0（2）動態(tài)分析）動態(tài)分析（電容起到了負電源（電容起到了負電源的作用）的作用）ui負半周時，負半周時，T1導通、導通、T2截止；截止；ui正半周時，正半周

16、時，T1截止、截止、T2導通。導通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO供電總電壓：供電總電壓：VCC-UC=VCC/2供電電壓：供電電壓：UC= -VCC/2功率、效率的計算套用雙電源互功率、效率的計算套用雙電源互補對稱功放的公式補對稱功放的公式 將原將原VCC換為換為VCC/2ic1ic2（3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：%5 .78max2maxCCoVU+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiOLCCLooRVRUP82)2(22maxmax電路使用單電源，有輸出電容，沒有輸出變

17、壓器，稱電路使用單電源，有輸出電容，沒有輸出變壓器，稱為為OTL電路電路此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到VCC/2。輸出交流電壓的極限值：輸出交流電壓的極限值： Uom VCC /2+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiOUP2. 帶自舉電路的單電源功放帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時靜態(tài)時CCP21VU C1充電后，其兩端有充電后，其兩端有一固定電壓一固定電壓VCC/2動態(tài)時動態(tài)時+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7為自舉電路為自舉電路A時

18、時當當CCPVU CCA23VU 保證保證T1飽和飽和2. 帶自舉電路的單電源功放帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時靜態(tài)時CCP21VU C1充電后，其兩端有充電后，其兩端有一固定電壓一固定電壓VCC/2動態(tài)時動態(tài)時+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7為自舉電路為自舉電路Auo向正方向上升時，由于向正方向上升時，由于C1很大，很大，兩端電壓基本不變，兩端電壓基本不變，A點電位隨輸出電壓升高而升高。點電位隨輸出電壓升高而升高。使得使得R8上的交流電位也大幅上升，上的交流電位也大幅上升，這就是自舉效應。保證輸出幅度達到這就是自舉效應。保證輸出幅度達到VCC/2。OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess 總結：互補對稱功放的類型總結：互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 變壓器耦合式變壓器耦合式 功放功放