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1、第三章 功放1第1页，共30页，编辑于2022年，星期二例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以驱动执行，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 3.1 概述概述HOME第2页，共30页，编辑于2022年，星期二 功率放大与电压放大的区别功率放大与电压放大的区别1 1 后者只能给出放大的电压，不能给出大电流，后者只能给出放大的电压，不能给出大电流，所以其功率输出并不大。而前者则既要输出大所以其功率
2、输出并不大。而前者则既要输出大 电压，又要输出大电流。电压，又要输出大电流。2 2 两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以对器两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以对器件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极管，电阻，件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极管，电阻，电容等。电容等。3 3 后者对电源转换效率要求不高，因为输出功率较小，后者对电源转换效率要求不高，因为输出功率较小，所以电源本身功耗不大，一般可以不考虑功率损耗。而所以电源本身功耗不大，一般可以不考虑功率损耗。而前者对电源要求高，电路设计中要提高能量转换效率。前者对电源要求高，电路设计中要提高能量转换效率。尤其是便携式，移动式设备
3、中对此要求更高。尤其是便携式，移动式设备中对此要求更高。HOME第3页，共30页，编辑于2022年，星期二1.功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功功率率放放大大电电路路是是一一种种以以输输出出较较大大功功率率为为目目的的的的放放大大电电路路。因因此此，要要求求同同时时输输出出较较大大的的电电压和电流。压和电流。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载，带负载能力要强。一般直接驱动负载，带负载能力要强。4第4页，共30页，编辑于2022年，星期二2.对功率放大电路的要求对功率放大电路的要求(1)要求要求输出功率输出功率PO尽可能的大尽可能的大。功放电路中电流、
4、电。功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce5第5页，共30页，编辑于2022年，星期二(2)电流、电压信号比较大，必须注意电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失防止波形失真真。(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率提高电路的效率（）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。电源提供的直流
5、功率。(4)管子的保护管子的保护。6第6页，共30页，编辑于2022年，星期二3.功率放大器的类型功率放大器的类型 根根据据功功放放管管在在正正弦弦信信号号整整个个周周期期内内的的导导通通情情况况，可可将将其其工工作作状状态态分为：甲类放大、乙类放大、甲乙类放大三种状态。分为：甲类放大、乙类放大、甲乙类放大三种状态。甲类放大甲类放大：放大电路的输出没有失真的工作方式。放大电路的输出没有失真的工作方式。特点特点：管子导通角管子导通角 2，静态电流大于零，管耗大，效，静态电流大于零，管耗大，效 率低，用于小信号放大和驱动极。率低，用于小信号放大和驱动极。工作点位置工作点位置电流波形电流波形7第7页
6、，共30页，编辑于2022年，星期二乙类放大乙类放大：晶体管只在半个周期内工作的方式晶体管只在半个周期内工作的方式。工作点位置工作点位置电流波形电流波形特点特点：管子导通角管子导通角 ，静态电流等于零，管耗，静态电流等于零，管耗 小，效率高，用于功率放大电路。小，效率高，用于功率放大电路。8第8页，共30页，编辑于2022年，星期二甲乙类放大甲乙类放大：两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式。两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式。工作点位置工作点位置电流波形电流波形特点特点：管子导通角管子导通角 2 ，静态电流很小，可提高效率、减，静态电流很小，可提高效率、减小非线性失真，用于功率放大电
7、路。小非线性失真，用于功率放大电路。9第9页，共30页，编辑于2022年，星期二?用哪种组态的电路作功率放大电路用哪种组态的电路作功率放大电路用哪种组态的电路作功率放大电路用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？最合适？最合适？最合适？静态工作点对工作静态工作点对工作静态工作点对工作静态工作点对工作状态的影响：状态的影响：状态的影响：状态的影响：提高效率的途径提高效率的途径：为了提高效率，应尽量降低功放管的静态工作点，为了提高效率，应尽量降低功放管的静态工作点，使静态电流很小或为零，使电路工作在乙类或甲乙类，但这样（对于单使静态电流很小或为零，使电路工作在乙类或甲乙类，但这样（对于单管电路来说）
8、将使输出波形失真很大。解决矛盾的方法是，采用管电路来说）将使输出波形失真很大。解决矛盾的方法是，采用互补对互补对称称或或推挽式推挽式功率放大电路功率放大电路。图图8.1.110第10页，共30页，编辑于2022年，星期二 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：11
9、第11页，共30页，编辑于2022年，星期二 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：3.2 3.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路HOME第12页，共30页，编辑于2022年，星期二一一.OCL乙类互补对称功放电路乙类互补对称功放电路电路的结构特点：电
10、路的结构特点：ui-UCCV1V2uo+UCCRLiL1.由由NPN型、型、PNP型三极管型三极管构成两个互补的射极输出构成两个互补的射极输出器对接而成。器对接而成。2.双电源供电。双电源供电。3.输入输出端不加隔直电输入输出端不加隔直电容。直接耦合。容。直接耦合。HOME3.2 3.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路第13页，共30页，编辑于2022年，星期二ic1（2）动态分析：）动态分析：ui 0VV1截止，截止，V2导通导通ui 0VV1导通，导通，V2截止截止iL=ic1;ui-UCCV1V2uo+UCCRLiLiL=ic2V1、V2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，两
11、个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为称为乙类放大乙类放大。因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。（1）静态分析：）静态分析：ui=0V V1、V2均不工作均不工作 uo=0Vic2HOME第14页，共30页，编辑于2022年，星期二乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:ui-UCCV1V2uo+UCCRLiL死区电压死区电压uiuououo tttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在过零前后，在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。输出信号出现的失真便为交越失真。交越失真交越失真HOME第15页，共30页，编辑于2022年，星期二ui-UCCV1V2uo
12、+UCCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。乙类放大的特点：乙类放大的特点：HOME第16页，共30页，编辑于2022年，星期二HOME17第17页，共30页，编辑于2022年，星期二（3）参数计算）参数计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，V1、V2导通时均能饱和，此时输出达导通时均能饱和，此时输出达到最大值。到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：iL-UCCRLuiV1V2UL+UCC若忽略晶体管的饱和压若忽略晶体管的饱
13、和压降，降，则负载（则负载（RL)上的电压和上的电压和电流的最大幅值分别为：电流的最大幅值分别为：HOME第18页，共30页，编辑于2022年，星期二电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：UCC1=UCC2=UCC tic1HOME第19页，共30页，编辑于2022年，星期二效率为：效率为：结论：结论：OCL电路效率较高；电路效率较高；电流、电压波形存在失真。电流、电压波形存在失真。HOME第20页，共30页，编辑于2022年，星期二电路的改进电路
14、的改进交越失真产生的原因：交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线在于晶体管特性存在非线性，性，ui uT时晶体管截止。时晶体管截止。iBiBuBEtuitUTHOME1 克服交越失真克服交越失真第21页，共30页，编辑于2022年，星期二克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：静态时静态时 V1、V2两管发射结电位分别为二极管两管发射结电位分别为二极管V1、V2的正向导通压降，致使两的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。由于电管均处于微弱导通状态。由于电路完全对称，静态时路完全对称，静态时V1、V2管电管电流相等，负载流相等，负载RL中无电流流中无电流流过，两管的发射极电位过，两管的
15、发射极电位VA为为零。零。电路中增加电路中增加 R1、R、VD1、VD2、R2支路。支路。HOMEOCL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路二二 OCL甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路第22页，共30页，编辑于2022年，星期二两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大甲乙类放大”。动态时动态时 设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周，正半周，VB上升，上升，V2 截止，截止，V1 基极电位进一步提高，进入良好基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；的导通状态；负半周，负半周，VB下降，下降，V1截止，截止
16、，V2 基基极电位进一步降低，进入良极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服死好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失区电压的影响，去掉交越失真。真。HOMEOCL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路第23页，共30页，编辑于2022年，星期二uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：甲乙类放大的波形关系：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。每管导通时间大于半个周通时间大于半个周期，基本不失真。期，基本不失真。iCQuceUCC/REUCCIBQHOME第24页，共30页，编辑于2022年，星期二2.电路中增加复
17、合管电路中增加复合管增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeV1V2ibicbecibic方式一：方式一：HOME第25页，共30页，编辑于2022年，星期二becibic 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。方式二：方式二：cbeV1V2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：后晶体管的性能确定均如下：HOME第26页，共30页，编辑于2022年，星期二三三.OTL互补对称功放电路互补
18、对称功放电路(1)、特点、特点1.单电源供电；单电源供电；2.输出加有大电容。输出加有大电容。(2)、静态分析、静态分析则则 V1、V2 特性对称，特性对称，先调静态工作点令：先调静态工作点令：UB=0.5UCC0.5UCCRLuiV1V2+UCCCAUL+-UCBHOME第27页，共30页，编辑于2022年，星期二(3)、动态分析、动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入正弦信号。直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，若输出电容足够大，UC基本保持基本保持在在0.5UCC，负载上得到的交流信号，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。正负半周对称，但存
19、在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiV1V2+UCCCAUL+-时，时，V1导通、导通、V2截止；截止；0.5UCCuit电容电容C起电源作用起电源作用HOME时，时，V1截止、截止、V2导通。导通。第28页，共30页，编辑于2022年，星期二(4)、输出功率及效率、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：uLULmaxuittHOME第29页，共30页，编辑于2022年，星期二改进电路改进电路OTL 互补对称输出级互补对称输出级R、VD1、VD2 为为两两管管提提供供一一小小的的静静态态偏偏置置电电压压，使使得得在在输输入入信信号号等等于于零零时时，管管子子微微导导通通，以克服交越失真。以克服交越失真。图图 9.2.5OTL 互补电路波形图互补电路波形图tuIOtiC1OtiC2OtuOO问题：问题：如何消除如何消除交越交越失真失真？30第30页，共30页，编辑于2022年，星期二