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1、电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术第第9章章 功率放大电路功率放大电路教学目标与要求教学目标与要求l 了解功率放大电路的特点。了解功率放大电路的特点。l 掌握对功率放大电路与电压放大电路的基本要求；掌握对功率放大电路与电压放大电路的基本要求；了解功率放大电路的甲类、乙类和甲乙类三种工了解功率放大电路的甲类、乙类和甲乙类三种工 作状态的特点。作状态的特点。l 掌握掌握OTL和和OCL功率放大电路的工作原理。功率放大电路的工作原理。电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术9.1 9.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点1.功
2、率放大电路要有尽可能大的输出功率功率放大电路要有尽可能大的输出功率 在电路参数一定时，负载上可能获得的最大的交在电路参数一定时，负载上可能获得的最大的交在电路参数一定时，负载上可能获得的最大的交在电路参数一定时，负载上可能获得的最大的交流功率称为最大输出功率，用流功率称为最大输出功率，用流功率称为最大输出功率，用流功率称为最大输出功率，用P Pomom表示。表示。表示。表示。要使要使Po大大P Po oU Uo oI Io oUo、Io均应大均应大2.功率放大电路要有尽可能高的效率功率放大电路要有尽可能高的效率 功率放大电路的输出功率与电源所提供的直流功功率放大电路的输出功率与电源所提供的直流
3、功功率放大电路的输出功率与电源所提供的直流功功率放大电路的输出功率与电源所提供的直流功率之比称为转换效率，即率之比称为转换效率，即率之比称为转换效率，即率之比称为转换效率，即平均功率或平均功率或平均功率或平均功率或直流功率直流功率直流功率直流功率电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术3.功率放大电路的功放管要接近于极限运用状态功率放大电路的功放管要接近于极限运用状态 晶体管的极限参数晶体管的极限参数晶体管的极限参数晶体管的极限参数I ICMCMU U(BR)CEO(BR)CEOP PCMCM要求：要求：iCICM要求：要求：uCEU(BR)CEO要求：要求：p
4、CPCMU(BR)CEOICMuCEiCO等功耗线等功耗线PCM=uCEiC安全工作区安全工作区电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术4.不能采用微变等效电路法对功率放大电路进行分析不能采用微变等效电路法对功率放大电路进行分析 9.2 9.2 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路 基本的共射放大电路基本的共射放大电路如图所示如图所示当当RL很小时，很小时，Uo很小；很小；当当RL很大时，很大时，Io很小。很小。+VCCRBRCC1C2VT+ui+uo+RLio当当RL很小和很大时，很小和很大时，Po均不大。均不大。RC消耗功率消耗功率不高不高电路及模拟
5、电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术设想：存在某个合适的设想：存在某个合适的RL，使，使Po最大。最大。变压器耦合单管功放变压器耦合单管功放最佳匹配最佳匹配+VCCRBC1VT+ui+RLN1N2+VCCRBRCC1C2VT+ui+uo+RLio电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术9.2.1 变压器耦合单管功率放大电路变压器耦合单管功率放大电路 uCEVCCUCESOQ直流负载线直流负载线ICQiCIBIBQIB2IBQ1.静态分析静态分析 若不计一次绕组的电若不计一次绕组的电阻，则有阻，则有uCE=VCC 直流负载线和静态工作直流
6、负载线和静态工作点点Q如图所示。如图所示。若不计基极回路的损耗，若不计基极回路的损耗，则静态时电源所提供的直则静态时电源所提供的直流功率为流功率为全被管子（主要是集电结）损耗全被管子（主要是集电结）损耗+VCCRBC1VT+ui+RLN1N2电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术2.动态分析动态分析 过过Q点作交流负点作交流负载线，如图所示。载线，如图所示。若不计若不计UCES，则则Q点为交流负载线点为交流负载线AB的中点。的中点。最大输出功率最大输出功率QBD的面积的面积tOuCEiCICQO2ICQtuCEVCCUCESOQ直流负载线直流负载线交流负载线交
7、流负载线ICQiCABIBIBQIB2IBQD 电源提供的功率电源提供的功率P PV V=V VCCCCI IAVAV V VCCCCI ICQCQ电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路的理想效率电路的理想效率特别提示特别提示l 对单管功放而言，输入信号越小，管子损耗越大，对单管功放而言，输入信号越小，管子损耗越大，效率越低。效率越低。甲类状态：导通角为甲类状态：导通角为360。缺点缺点 低。低。低。低。改进办法：改进办法：静态时，使晶体管截止（静态时，使晶体管截止（PV=0）如图所示如图所示乙类状态：乙类状态：导通角为导通角为180。电路及模拟电子技术电
8、路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术iCOttOuCEuCEOQiCUCES*9.2.2 变压器耦变压器耦合乙类推挽功率合乙类推挽功率放大电路放大电路 可以得出，乙类可以得出，乙类功放的理想效率为功放的理想效率为/4（即即78.5%）。）。OuitAOBuAOOOuBOVCCiC2iC1tVT1VT2t-+uiT1+uoRLOuot-T2tOiC1tOiC2 （1）电路组成）电路组成 （2）工作原理）工作原理电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术说明说明说明说明“推挽推挽”工作方式：同类型两只晶体管在工作方式：同类型两只晶体管在电电 路中交替导
9、通的方式。路中交替导通的方式。功率放大电路的分类功率放大电路的分类 在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类晶体管在信号整个周期内导通情况分类甲类甲类(=2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(=)tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(2 )丙类丙类：导通角导通角 小于小于 。丁类丁类：功放管工作在开关状态，功放管工作在开关状态，管子仅在饱和导通时消耗功率。管子仅在饱和导通时消耗功率。集电极电流集电极电流iC将严重失真。将严重失真。电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技
10、术电路及模拟电子技术缺点：缺点：变压器笨重、体积大、效率低、不便于集成化，变压器笨重、体积大、效率低、不便于集成化，且低频和高频特性差等。且低频和高频特性差等。9.3 9.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 9.3.1 OTL电路电路 1.电路组成电路组成 2.工作原理工作原理设设设设晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为0 0 （1）静态时）静态时 （2）动态时动态时ui为正半周：为正半周：V VT T1 1导通，导通，导通，导通，VTVT2 2截止截止截止截止 uoui ui为负半周：为负半周：VTVT1 1截止，截止，截止，截止，VTVT2 2
11、导通导通导通导通uoui 基极电位和发射极电位均为基极电位和发射极电位均为基极电位和发射极电位均为基极电位和发射极电位均为V VCCCC/2/2RLuiVT1VT2Cuo+-+-+VCC要求：要求：C越大越好，但越大越好，但C又不能过大又不能过大（电解电容）（电解电容）电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术iCOttOuCEuCEOQiCUCES3.最大输出功率最大输出功率 静静 态态 工工 作作 点点 Q的的 坐坐 标标 为为（VCC/2，0）。输输出出电电压压uo不失真时的最大值为不失真时的最大值为VCC/2-UCES1最大不失真输出电压为最大不失真输出电
12、压为最大输出功率为最大输出功率为RLuiVT1VT2CuO+-+-+VCC电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术9.3.2 OCL电路电路 1.电路组成电路组成 2.工作原理工作原理设设设设晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为晶体管的死区电压为0 0 （1）静态时）静态时 （2）动态时动态时VTVT1 1导通，导通，导通，导通，VTVT2 2截止截止截止截止uouiui为负半周：为负半周：VTVT1 1截止，截止，截止，截止，VTVT2 2导通导通导通导通uoui 基极电位和发射极电位均为基极电位和发射极电位均为基极电位和发射极电位均为基极电
13、位和发射极电位均为0 0ui为正半周：为正半周：+-ui-uo+VCCVT1VT2RL+iC1iC2-VCC电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术iCOttOuCEuCEOQiCUCES3.最大输出功率最大输出功率 静静 态态 工工 作作 点点 Q的的 坐坐 标标 为为（VCC，0）。输输出出电电压压uo不不失失真时的最大值为真时的最大值为VCC-UCES1最大不失真输出电压为最大不失真输出电压为最大输出功率为最大输出功率为+-ui-uo+VCCVT1VT2RL+iC1iC2-VCC电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术OCL
14、电路存在的问题：交越失真电路存在的问题：交越失真t交越失真交越失真OuotOiB1iB1uBE1ube1tOuiO设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。如何消除交越失真？如何消除交越失真？电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术4.消除交越失真的消除交越失真的OCL电路电路消除交越失真的消除交越失真的OCL电路电路+VCCB2B1CR2VT2iE1R1iC1iC2-uoVT1RL+-ui-VCC+ER3VD1VD2iLiE21）电路组成）电路组成管子的工作状态：管子的工作状态：甲乙类甲乙类。2）工作原理）工作原理（1）静态分析）静态分析IL=IE1-IE2
15、=0uo=0（2）动态分析）动态分析 由于由于VD1、VD2的动态的动态电阻和电阻和R2均很小，故均很小，故B1和和B2的动态点位近似相的动态点位近似相等。等。电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术4.消除交越失真的消除交越失真的OTL电路电路OtuiOtuoiC2iC1 R2RLR1R3VD1VD2T1T2+VCCAC1+uo+CL+特别提示特别提示l OCL和和OTL电路均电路均 属于互补对称电路，属于互补对称电路，但但OTL电路有输出电路有输出 电容，而电容，而OCL电路电路 无输出电容；无输出电容；OCL 电路采用双电源供电路采用双电源供 电，而电，而
16、OTL电路采电路采 用单电源供电（输用单电源供电（输 出电容相当于电出电容相当于电 源）。源）。电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术在输出功率较大时常采用复合管在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成复合管的构成方式方式 1iC1=1 iB1iC2=2 iB2=2(1+1)iB1iC=iC1+iC2 =1+2(1+1)iB1 1 2 iB1 iB2=iE1=(1+1)iB1iB=iB1iEiE2CEiC2iCBiBiB1iE1iB2iC1VT1VT2BCEiBiCiEVT结论结论 复合管电流放大系数复合管电流放大系数近似等于两晶体管电流近似等于两晶体管电流放
17、大系数之积。放大系数之积。电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术复合管的类型与推动管的类型相同。复合管的类型与推动管的类型相同。方式方式方式方式2 2EBCVTVT1 1PNPPNPVT2NPNiBiCiEBCEibiCiEPNP结论结论电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术【例例9-1】在在如如图图9.9（a）所所示示电电路路中中，已已知知VCC12V，RL5，功功放放管管的的饱饱和和管管压压降降UCES2V。试试求：（求：（1）负载可能获得的最大输出功率）负载可能获得的最大输出功率Pom。（2）若输入正弦电压的有效值约为若
18、输入正弦电压的有效值约为6V，则负载则负载实际获得的功率为多少？实际获得的功率为多少？【解解】（1）负载可能获得的最大输出功率）负载可能获得的最大输出功率（2）因电路采用射极输出形式，故有）因电路采用射极输出形式，故有负载实际获得的功率负载实际获得的功率电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术电路及模拟电子技术9.4 9.4 集成功率放大电路及其应用实例集成功率放大电路及其应用实例 1.LM386组成组成RL810FC50.047F+12VC6C7220FR21050.1FC3+810F10FC1RP10kui音频音频信号信号+234-C416+7+LM386+C210kR12200pF旁路电容：旁路电容：消振消振相位补偿、消振和改善高频相位补偿、消振和改善高频特性等特性等去耦：滤去耦：滤交流交流低通滤波低通滤波2.实例分析实例分析交流短路，交流短路，使使Au=200 （最大）最大）