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1、4.4 4.4 功率输出级电路功率输出级电路 什么是功率放大电路：什么是功率放大电路：能够向负载提供足够信号功率的放大能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称电路称为功率放大电路，简称功放功放。功率放大电路与其他放大电路的区别：功率放大电路与其他放大电路的区别：从能量控制和转换的从能量控制和转换的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽追求在
2、电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。可能大的功率。二、二、OCL、OTL互补推挽功率放大器互补推挽功率放大器 三、三、MOS输出级电路输出级电路 一、一、功率放大器的特点、指标和分类功率放大器的特点、指标和分类 四、四、达林顿组态（复合管）达林顿组态（复合管）一、功率放大器的特点、指标和分类一、功率放大器的特点、指标和分类1.1.功放的任务及主要研究对象功放的任务及主要研究对象功放与电压放大器的任务不同：功放与电压放大器的任务不同：电压放大器：电压放大器：电压放大器为小信号放大器，以获得电压增益为主，电压放大器为小信号放大器，以获得电压增益为主，主要研究对象是主要研究对象是电压增益电压增
3、益、输入输出电阻输入输出电阻等。等。功率放大器：功率放大器：为大信号放大器，以获得功率增益为主，主要研为大信号放大器，以获得功率增益为主，主要研究的对象是究的对象是输出功率输出功率、效率效率和和失真失真等问题。等问题。2.2.功放的主要特点功放的主要特点 根据负载要求，提供所需的输出功率。根据负载要求，提供所需的输出功率。一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。工作于大信号状态，属于非线性电路，常用图解法分析。工作于大信号状态，属于非线性电路，常用图解法分析。要解决的主要问题：要解决的主要问题：提高效率提高效率;减小失真减
4、小失真;管子的保护管子的保护.3.3.功放的主要技术指标：功放的主要技术指标：最大输出功率最大输出功率POmax:转换效率转换效率:功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。在输入为正弦波且输出基本不失真的条件下，输出功率是在输入为正弦波且输出基本不失真的条件下，输出功率是交流功率，表达式为交流功率，表达式为PO=IOUO。最大输出功率是在电路参。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。功放的输出功率即负载吸收的功率都是由直流电源提供的，功放的输出功率即负载吸收的功率都是
5、由直流电源提供的，希望电源提供的功率尽可能地转换为交流输出功率，而其希望电源提供的功率尽可能地转换为交流输出功率，而其他各种耗散功率应尽可能的少。因此定义功放的转换效率他各种耗散功率应尽可能的少。因此定义功放的转换效率为：为：4.4.功放工作状态的分类功放工作状态的分类：（：（P P117117）根据正弦输入信号的整个周期内功放管的导通情况，可分为：根据正弦输入信号的整个周期内功放管的导通情况，可分为：i iC0 0u uCE乙乙 类（类（B类）类）：甲甲 类（类（A类）：类）：甲乙类（甲乙类（AB类）类）：丙丙 类（类（C类）类）：整个周期都导通，导通角整个周期都导通，导通角=360；大于半
6、个周期导通，导通角大于半个周期导通，导通角180 360；小于半个周期导通，导通角小于半个周期导通，导通角 EC时，两管轮流进入饱和区，时，两管轮流进入饱和区，输出电压会产生饱和失真。输出电压会产生饱和失真。iO4.4.克服交越失真的方法克服交越失真的方法在两管的基极间增加偏置电路，在两管的基极间增加偏置电路，为两管在静态时提供一个初始的为两管在静态时提供一个初始的偏置电压，使其工作在甲乙类工偏置电压，使其工作在甲乙类工作状态，从而减小交越失真。作状态，从而减小交越失真。uiuOEC-EERL+-V1V2RRVD1VD2+-二极管偏置电路二极管偏置电路uiuOEC-EERL+-V1V2R1RC
7、3V4+-R2V3Re3UBE扩大偏置电路扩大偏置电路5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算乙类互补推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2IC1IC2静态分析静态分析：05.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算乙类互补推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2动态分析动态分析：求解最大输出功率和转换效率求解最大输出功率和转换效率电源的平均功率电源的平均功率PE:电路的转换效率电路的转换效率:在已知在已知RL的情况下，先求最大的情况下，先求最大输出电压的幅值输出电压的幅值UOm(max)求解输出功率和效率的方法：求解输出功率和效率的方法：最大输最大输出功率出功率:iC1iR
8、15.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算乙类互补推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2最大输出电压的幅值最大输出电压的幅值UOm(max)和最大输出功率和最大输出功率POm(max)最大不失真输出功率：最大不失真输出功率：ECUCES5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算乙类互补推挽功率放大器的分析估算uiuORL+-V1V2ic1 ic2uce1uce2交交流流通通路路电源的平均功率电源的平均功率P PE E:电路的转换效率电路的转换效率:最大转换效率最大转换效率maxmax:iC1tiC2tiOt理想情况下理想情况下集电极平均电流集电极平均电流和转换效率和转换效率6.晶体
9、管的极限参数晶体管的极限参数:ICM、BUCEO、PCM（1 1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM：uiuOECEERL+-V1V2iC1iC2iO实际中应留有实际中应留有一定裕量一定裕量（2）反向击穿电压）反向击穿电压BUCEO：当一只管子饱和导通时，另一只截止的管子承受最大反向电压当一只管子饱和导通时，另一只截止的管子承受最大反向电压:实际中应留有实际中应留有一定裕量一定裕量（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM：PCM取决于单管的最大平均管耗取决于单管的最大平均管耗PT1max：uiuOECEERL+-V1V2iC1iC2iO什么时候管子的平均管耗最大呢？什么时候
10、管子的平均管耗最大呢？管子功耗与输出电压幅值的关系为管子功耗与输出电压幅值的关系为:PT1对对UOm求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得将将UOm代入代入PT1的表达式，可得的表达式，可得uiuOECEERL+-V1V2乙类乙类uiuOEC-EERL+-V1V2RRVD1VD2+-甲乙类甲乙类以上计算公式同样适用于甲乙类互补以上计算公式同样适用于甲乙类互补推挽功率放大器。推挽功率放大器。实际值实际值最大可能值最大可能值归纳：归纳：OCL互补推挽功率放大器的指标估算式：互补推挽功率放大器的指标估算式：静态时，静态时，K点电位被调至点电位被调至EC/2，电容被电容被 充电到充电到EC/2。若
11、电容足够大，则在有信号输入时，若电容足够大，则在有信号输入时，可认为其上的电压保持不变，即相当可认为其上的电压保持不变，即相当于一个电压为于一个电压为EC/2的恒压源。的恒压源。uiuOECRL+-V2V3RCVD1VD2+-RReCR1R2V1K+-EC/2 ui负半周，负半周，V2导通，而导通，而V3截止，截止，V2集电极回路的直流电源电压为集电极回路的直流电源电压为EC/2。ui正半周，正半周，V3导通，而导通，而V2截止，截止，V3导电时依靠电容上的电压供电，导电时依靠电容上的电压供电，V3集电极回路的直流电源电压为集电极回路的直流电源电压为-EC/2。甲甲乙乙类类uO1uOEC/2R
12、L+-V2V3iC2iC3EC/2OTL电路的功率、管耗、效率都可用电路的功率、管耗、效率都可用OCL电路的公式来计算，但要注意电电路的公式来计算，但要注意电源电压应以源电压应以“EC/2”代入。代入。电路的性能指标：电路的性能指标：uiuOECEERL+-V1V2uiuOEC-EERL+-V1V2RRVD1VD2+-三、三、OTL互补推挽功放互补推挽功放OTL、OCL互补对称功放的比较互补对称功放的比较最大输出最大输出功率功率无输出电容无输出电容有输出电容有输出电容电容电容最大效率最大效率电源电源最大管耗最大管耗单电源单电源OTLOTL双电源双电源OCLOCLuiuOECRL+-V2V3RC
13、VD1VD2+-RRCCR1R2V1uiuOECRL+-V2V3RCVD1VD2+-RRCR1R2V1EE四、达林顿组态（复合管）四、达林顿组态（复合管）达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，组成一达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，组成一只等效的新的三极管。这个等效三极管的放大倍数是二者之积。达林顿只等效的新的三极管。这个等效三极管的放大倍数是二者之积。达林顿组态常用于功率放大器和稳压电源中。组态常用于功率放大器和稳压电源中。1.达林顿组态的四种连接方式：达林顿组态的四种连接方式：bcebcebcebce同型同型NPN达达林顿组态林顿组态异型异型NPN达达林顿组
14、态林顿组态bcebecbce同型同型PNP达达林顿组态林顿组态异型异型PNP达达林顿组态林顿组态bec达林顿电路有四种接法：达林顿电路有四种接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN 2 2、组成复合管的要求：、组成复合管的要求：在三极管的连接关系上，应保证在三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流实际方向一致。管的输入电流实际方向一致。要求外部电极连接的节点处，外电要求外部电极连接的节点处，外电流必须为两个电极电流之和，即后级流必须为两个电极电流之和，即后级管子的发射极必须单独接出。管子的发射极必须单独接出。
15、复合管的管型与前一级三极管相同。复合管的管型与前一级三极管相同。bcebecbcebce例题：分析以下的接法是否正确？例题：分析以下的接法是否正确？bec错误错误错误错误正确（正确（NPN）正确（正确（NPN）bce实际的功率放大器（实际的功率放大器（1）R13uO+VCCVT2RLR2uiR1VT3C C1 1R R1414+R3R5R10-+-VT1VT4R6R4R9R11R12C C2 2C C3 3C C4 4C C6 6C C5 5C C7 7R8R7OTL互补推挽音频功率放大器互补推挽音频功率放大器uO+VCCVT7RLRC1uiR1VT9C C1 1R Rb2b2RC4RFRC5
16、-VT4VT10Re7RC8Re4Re5Rb1Re10R2RC9V VD1D1C C4 4C C5 5C C3 32A2ARe3-VCCV VD2D2VT1VT2VT5VT6VT8VT3C C2 2+OCL高保真准互补推挽功率放大器高保真准互补推挽功率放大器实际的功率放大器（实际的功率放大器（2）生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率集成功率放大器集成功率放大器LM384:)1 2 3 4 5 6 78910 11 12 13 14 特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部工作可靠、使
17、用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。适当连线，即可向负载提供一定的功率。引脚说明：引脚说明：14-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端（一般输入端（一般2脚接地）脚接地）8-输出端（经输出端（经500 电容接负载）电容接负载）1-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）外外部部电电路路典典型型接接法法500-+0.1 2.7 8146215 ECui8 7生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到
18、负载上可得到5W功率功率集成功率放大器集成功率放大器LM384)1 2 3 4 5 6 78910 11 12 13 14 调节调节音量音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容提高增益外接旁路电容提高增益校正网络，进行相位补偿校正网络，进行相位补偿输入信号输入信号输出耦合输出耦合大电容大电容特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。适当连线，即可向负载提供一定的功率。一、电流源电路一、电流源电路镜像电流源：镜像电流源：比例电流源：比例电流源：微电流源：微电流源：要求能识别电流源，估算要求能识别电流源，估算基准电流基准电流
19、IR和输出电流和输出电流IO二、差动放大电路（重点）二、差动放大电路（重点）差放的结构特点；差放的结构特点；不同的输入输出方式下差模输出电压的估算。不同的输入输出方式下差模输出电压的估算。Aud、AuC、KCMR、Rid、ROd 的定义和估算；的定义和估算；差摸信号、共模信号、任模信号的概念；差摸信号、共模信号、任模信号的概念；工作原理；工作原理；三、功率输出级电路（重点）三、功率输出级电路（重点）功放的一般特点；功放的一般特点；交越失真的概念；交越失真的概念；掌握掌握OTL、OCL功放功放POmax、max、PT1max等的估算。等的估算。四、复合管四、复合管 组成复合管的要求；组成复合管的
20、要求；复合管的参数及管型的确定。复合管的参数及管型的确定。RLRbRbui1 RCECRCui2-EEIEErO+-uOiE1iE2双曲正切函数：双曲正切函数：T1RLRbRbuO1u1 RCECRCui2T2uO2RR3R4-EET3T4 例：求例：求T1、T2的集电极静态电流的集电极静态电流求电路的静态工作点由恒流源入手。求电路的静态工作点由恒流源入手。IBIBIC3IEIEIRIE4-EEIC3rO五、有源负载差动放大器五、有源负载差动放大器RLui1 EECV1ui2-EEIEErO+-uO+-+-iC1iC2iC4iOV2V4V3(当当|uid|UT时时)说明：说明：采用镜像电流源作为负载后，单端输出和双端输出的传采用镜像电流源作为负载后，单端输出和双端输出的传输跨导是相同的，此电路既可以将双端输入转换为单端输跨导是相同的，此电路既可以将双端输入转换为单端输出，又不降低电压增益。输出，又不降低电压增益。乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形波形iB cbe 1iB(1+1)iB 2(1+1)iB(1+2)(1+1)iB(1+2+1 2)iB(1+1+2+1 2)iBbce cbee1be1crbe1erbe2+-ubebeib b 1ib b 2(1+1)ib b(1+1)ib b