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1、关于功率放大电路现在学习的是第1页，共54页例：例：扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大电路？什么是功率放大电路？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。等。推动一个实际负载需要的功率很大。以输出较大功率为目的的放大电路以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路称为功率放大电路9.1 9.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取现在学习的是第2页，共54页 功率放大电
2、路是一种以输出较大功率为目的的放大电功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使路。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大输出信号电压大；输出信号电流大输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配放大电路的输出电阻与负载匹配。现在学习的是第3页，共54页一、功放电路的特点和要求一、功放电路的特点和要求1、输出功率尽可能大、输出功率尽可能大 在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有 过电流区过电流区
3、 过电压区过电压区 过损耗区过损耗区它们的位置如图所示。它们的位置如图所示。过电流区是由最大允许集电极电流过电流区是由最大允许集电极电流确定的，超过此值，确定的，超过此值，将明显下降。将明显下降。过电压区由过电压区由c、e间的击穿电压间的击穿电压U(BR)CEO所决定。所决定。过损耗区由集电极功耗过损耗区由集电极功耗PCM所决定。所决定。三极管的极限工作区三极管的极限工作区 现在学习的是第4页，共54页2、非线性失真要小、非线性失真要小3、效率要高、效率要高4、功放管散热和保护问题不可忽视、功放管散热和保护问题不可忽视5、分析方法、分析方法oTV=PPP%100VoPP电源提供的直流功率功率负
4、载上得到的交流信号:VoPP放大电路输出给负载的功率是由放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，若效率不高，直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命短管子的寿命现在学习的是第5页，共54页二、分类二、分类CCETIUP现在学习的是第6页，共54页现在学习的是第7页，共54页现在学习的是第8页，共54页：在在一个信号周期一个信号周期内都有电流流过晶体管内都有电流流过晶体管管子的导通角为管子的导通角为360o 静态电流大于静态电流大于0，管耗大，效率低，管耗大，效率低功放：功放：管子只有管子只有半个周期半个周期内导通内导通管子的导通角为管
5、子的导通角为180o静态电流等于静态电流等于0，效率高，效率高功放：功放：管子的导通时间管子的导通时间大于半个大于半个周期但是周期但是小于一个周小于一个周期期，比半个周期稍多些，比半个周期稍多些功放：管子导通时间功放：管子导通时间小于半个周期小于半个周期现在学习的是第9页，共54页9.2 甲类功率放大器甲类功率放大器0CEQULCQCEQRIUCCVCEu可获得的最大交流功率为可获得的最大交流功率为LRLCQomRIP22R RL L选择很重要，实际选择很重要，实际R RL L都都偏小要得到合适偏小要得到合适R RL L，就需，就需要进行阻抗匹配，变压器要进行阻抗匹配，变压器可实现。可实现。C
6、ESUCEQUouCEu直流电源提供的直流电源提供的直流功率直流功率集电极电阻集电极电阻R RC C的功率的功率损耗损耗晶体管集电极耗晶体管集电极耗散功率散功率现在学习的是第10页，共54页IuCEuLNNLRR221看的交流等效电阻向从变压器原边向负载方变压器耦合功率放大器变压器耦合功率放大器现在学习的是第11页，共54页CEu结论：输入信号越大结论：输入信号越大,输出功率越大输出功率越大输出功率输出功率omomUIoooUIUIPomom2122CCCQomVIP21现在学习的是第12页，共54页CEu电源提供的功率电源提供的功率CQCCCmCQCCCCCVIVtdtIIVtdiVP)si
7、n(21)(212020结论结论:有无信号时电源供给的功有无信号时电源供给的功率都相同，因此输出功率小时，率都相同，因此输出功率小时，管耗大。管耗大。无信号时无信号时:CQCCVIVP 有信号时有信号时:现在学习的是第13页，共54页效率效率CCCQomomCCCQomomVoVIUIVIUIPP221静态时管耗最大，即静态时管耗最大，即CQCCVTIVPPmax最高效率最高效率%50maxVomPP现在学习的是第14页，共54页CCCQCMCCCEOBRCQCMVIPVUII22)(三极管的极限工作区三极管的极限工作区 CEu现在学习的是第15页，共54页小结：小结：1 1、输入信号越大，、
8、输入信号越大，P Po o,越大。越大。2 2、P Po o越小，管耗越大，静态管耗最大，越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。等于电源供给功率。3 3、甲类功放最高效率为甲类功放最高效率为50%50%。4 4、要管子安全工作的重要参数是、要管子安全工作的重要参数是P PCMCM、I ICMCM和和U U(BR)CEO(BR)CEO。5 5、效率低的主要原因是静态损耗大。、效率低的主要原因是静态损耗大。现在学习的是第16页，共54页甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点：输出功率小输出功率小 静态功率大，效率低静态功率大，效率低现在学习的是第17页，共54页9.3 乙类功
9、率放大器乙类功率放大器 一、电路组成一、电路组成+ui_+uo_C1C2RBRLRET+VccRsus+-bce现在学习的是第18页，共54页+uo_EBRBRLRET+Vccui+-bce+-ui+uo_RBRLT+Vccbce现在学习的是第19页，共54页+-ui+uo_RBRLT+Vccbce现在学习的是第20页，共54页结构特点结构特点:互补对称：互补对称：电路中采用两个晶电路中采用两个晶体管：体管：NPN、PNP各一各一支；支；两管特性一致。组两管特性一致。组成互补对称式射极输成互补对称式射极输出器。出器。uuVCCVCCoiLR 现在学习的是第21页，共54页二、工作原理二、工作原
10、理（设（设u ui i为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V ic1、ic2均均=0（乙类工（乙类工作状态）作状态）uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR现在学习的是第22页，共54页 当输入信号处于正半周时，且当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此幅度远大于三极管的开启电压，此时时NPNNPN型三极管导电，有电流通过型三极管导电，有电流通过负载
11、负载R RL L，按图中方向由上到下，与，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。假设正方向相同。当输入信号为负半周时，且幅度远大于三当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时极管的开启电压，此时PNPPNP型三极管导电，有型三极管导电，有电流通过负电流通过负 载载R RL L，按图中方向由下到上，与假设，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。成在一起，得到一个完整的不失真波形。现在学习的是第
12、23页，共54页ui+-+VCC-VCCuo三、分析计算三、分析计算(P488)Icm2ic的最大变化范围为：的最大变化范围为：uCE的最大变化范围为：的最大变化范围为：cmI2LcmCESccRIUV2)(2现在学习的是第24页，共54页1、输出功率、输出功率oooIUP LomomRUU22LomRU221LomomRUP221LCESCCRUV2)(21LCCRV221 ui+-+VCC-VCCuo现在学习的是第25页，共54页2、电源功率、电源功率PV 直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。信号越大，电流
13、越大，电源功率也越大。LomCC0LomCC0omCCCCCCV2)d(sin22)d(sin22=RUVttRUVttIVIVP 即即PV Uom。当。当Uom趋近趋近VCC时，显然时，显然PV 近似与近似与电源电压的平方成比例。电源电压的平方成比例。现在学习的是第26页，共54页乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗L2omLomCCoVT22=RURUVPPP3 3三极管的管耗三极管的管耗P PT T 电源输入的直流功率，有一部分通过三极电源输入的直流功率，有一部分通过三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管上，形成三极管的管耗。显然管
14、上，形成三极管的管耗。显然 将将PT画成曲线，画成曲线，如图所示。如图所示。现在学习的是第27页，共54页一个管子的管耗一个管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP两管管耗两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtUtUV)4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVRuuVCCVCCoiLR现在学习的是第28页，共54页三极管的最大管耗三极管的最大管耗)4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC0omL2CC22T1max2.022.0CESULCCPRVRVP问：问：Uom=？
15、PT1最大最大,PT1max=？用用PT1对对Uom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出：PT1max发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：现在学习的是第29页，共54页4、效率、效率 CComVo4=VUPP时，CComVU%78.54max最高效率最高效率 max现在学习的是第30页，共54页选功率管的原则：选功率管的原则：1、每只管子的最大允许管耗必须每只管子的最大允许管耗必须的最大输出功率：的最大输出功率：2、CCCEOBRVU2)(L2CCom2RVP三极管的极限工作区三极管的极限工作区 3、LCCCMRVIomCM
16、PP2.0 即：即：CMomPP5现在学习的是第31页，共54页小结小结:1 1、乙类功放两管轮流工作、乙类功放两管轮流工作2 2、3 3、L2CCom2)(RUVPCESL2omo2RUP CCom4=VU%78.54max现在学习的是第32页，共54页ui+-+VCC-VCCuo当当 IB=0 时时ui死区电压死区电压iL=0现在学习的是第33页，共54页 严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真非线性失真，这个失真称为，这个
17、失真称为交越失真交越失真。现在学习的是第34页，共54页乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR现在学习的是第35页，共54页 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真消除交越失真的OCL电路现在学习的是第36页，共54页 静态时静态时:T1、T2两管发射结电压分别为两管发射结电压分别为二极管二极管D1、D2的正向导通压降，的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半周加入正弦信
18、号。正半周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步提高，进基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周入良好的导通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。的导通状态。1.1.基本原理基本原理 9.4 甲乙类功率放大器电路甲乙类功率放大器电路一一.甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路电路中增加电路中增加 R1、R2、D1、D2、R3支路支路现在学习的是第37页，共54页uB1ttiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态电流存在较小的静态电流 ICQ、IBQ。每管导通。每管导通时间大
19、于半个周期，时间大于半个周期，基本不失真。基本不失真。iCQuceVCCIBQ现在学习的是第38页，共54页利用利用uBEBE扩大电路进行偏置的互补对称电路扩大电路进行偏置的互补对称电路22144RRRUUBECE42124CEBEURRRU现在学习的是第39页，共54页二、复合管互补功率放大电路二、复合管互补功率放大电路1、复合管、复合管 (P123)IBIEIC1IC2IE1=IB221CCCIII 2211BBII 1211EBII 11211)1(BBII 12121)(BI 121BI 推动管推动管输出管输出管IC现在学习的是第40页，共54页增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大
20、电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合复合NPN型型复合复合PNP型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb现在学习的是第41页，共54页复合管的特点复合管的特点复合管的复合管的是两个管是两个管1 1、2 2的乘积。的乘积。复合管的管型取决于推动管。复合管的管型取决于推动管。使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一致。与推动管的输出电流一致。现在学习的是第42页，共54页2.带复
21、合管的带复合管的OCL互补输出功放电路互补输出功放电路 T1：电压推动级（前置级）电压推动级（前置级）T2、R1、R2：UBE扩大电路扩大电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放复合管构成互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者型晶体管，两者特性容易对称。特性容易对称。合理选择合理选择R1、R2，b3、b5间可得间可得到到 UBE2 任意倍的电压。任意倍的电压。22122RRRUUBECEvvLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R现在学习的是第43页，共54页9.5 9.5 甲乙类单电源功率放大器甲乙类单电源功率放大器一、单电源一、单电源OTL
22、OTL互补功率放大电路互补功率放大电路(P485)(P485)它由一对它由一对NPNNPN、PNPPNP特性特性相同的互补三极管相同的互补三极管组成。这种电路也组成。这种电路也称为称为OTLOTL互补功率放互补功率放大电路。大电路。（1 1）电路组成）电路组成现在学习的是第44页，共54页（2 2）工作原理）工作原理动态时，当输入信号处于正半周时，动态时，当输入信号处于正半周时，T T1导通，导通，T2截止，截止，ie1流过负载，产生流过负载，产生uo,同时对电容同时对电容充电。充电。当输入信号为负半周时，当输入信号为负半周时，T T1截止，截止，T T2导通，电导通，电容放电，产生电流容放电
23、，产生电流ie2通过负通过负 载载RL，按图中方向，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。由下到上，与假设正方向相反。UBUA静态时，静态时，UB=UA=VCC /2，T1、T2截止，即处于截止，即处于乙类工作状态，电容两端的电压为乙类工作状态，电容两端的电压为VCC /2/2 于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。得到一个完整的不失真波形。现在学习的是第45页，共54页CCV2CCV现在学习的是第46页，共54页例题：在例题：在OTL和和OC
24、L电路中，电路中，VCC均为均为15V，RL=10,UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电源提供的功率、效率源提供的功率、效率.解：在解：在OTL电路中，电路中，最大不失真最大不失真输出时最大输出功率为：输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：电源提供的功率和效率为：WRUVPLCESCCOm2)2(212WRUVVPLCESCCCCV3)2(%67%100VOmPP现在学习的是第47页，共54页在在OCL电路中，电路中，最大不失真最大不失真输出时最大输出功率为：输出时最大输出功率为：WRUVPLCESCCOM8.9
25、)(212电源提供的功率和效率为：电源提供的功率和效率为：WRUVVPLCESCCCCV4.13)(2%73%100VOmPP现在学习的是第48页，共54页1、结构特点、结构特点.单电源供电；单电源供电；.输出加有大电容。输出加有大电容。2、基本原理、基本原理二、甲乙类单电源互补对称电路二、甲乙类单电源互补对称电路 调整调整RW阻值的大小，阻值的大小，可使可使CCP21VU此时电容上电压此时电容上电压CCC21VU+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（1）静态偏置）静态偏置现在学习的是第49页，共54页（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电源（电容起到了负电源的
26、作用）的作用）ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO现在学习的是第50页，共54页3、输出功率及效率、输出功率及效率LCCLooRVRVP8)2(22maxmax%5.78max 2maxCCoVV+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiOvo若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：现在学习的是第51页，共54页例题例题:如图所示电路中如图所示电路中,已知已知Vcc=15V,Vcc=15V,输入电压为正弦波输入电压为正弦
27、波,晶体管的饱和管压降晶体管的饱和管压降V VCESCES=3V,=3V,电压放大倍数约为电压放大倍数约为1,1,负载负载电阻电阻R RL L=4=4。（1 1）求负载上可能获得的最大功率和效率；）求负载上可能获得的最大功率和效率；（2 2）若输入电压最大有效值为）若输入电压最大有效值为8V8V，则负载上能够获得，则负载上能够获得的最大功率为多少？的最大功率为多少？iuou解：解：LomomRUP221LcemRU221LCESccRUV2)(21W184)315(212现在学习的是第52页，共54页CComVV4153154%8.62CCCESCCVUV4（2 2）1uAioUUVUo8最大输出功率最大输出功率LomomRUP221W16482功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身的功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身的参数外，还与输入电压是否足够大有关。参数外，还与输入电压是否足够大有关。现在学习的是第53页，共54页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第54页，共54页