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1、(8-1)电电子子技技术术第第八八章章功功率率放放大大器器模模拟拟电电路路部部分分(8-2)第第八八章章 功功率率放放大大器器8.1 概概述述8.2 互互补补对对称称功功率率放放大大电电路路8.3 实实际际功功放放电电路路8.4 集集成成功功率率放放大大器器8.5 变变压压器器耦耦合合式式功功放放电电路路(8-3)例例1：扩音系统扩音系统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，以以驱驱动动执行机构执行机构。如使扬声器发声如使扬声器发声、继电器动作继电器动作、仪表仪表指针偏转等指针偏转等。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取8.1 概概述述(8-4
2、)例例2：温度控制温度控制R1-R3:标准电阻标准电阻Ua:基准电压基准电压Rt:热敏电阻热敏电阻A：电压放大器电压放大器RtTUO室温室温T温温度度调调节节过过程程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt功功放放b温控室温控室A+-uo1加加热热元元件件(8-5)分析功放电路应注意的问题分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流功放电路中电流、电压要求都比较大电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEMIcuce(8-6)(2)电流电流、电压信号比较大电压信号比较大，必须注意防止必须注意防止波
3、形失真波形失真。(3)电源提供的能量尽可能电源提供的能量尽可能地转换给负载地转换给负载，以以减少晶体管及线路上的损失减少晶体管及线路上的损失。即注意提高即注意提高电路的效率电路的效率（）。）。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。PE：电源提供的直流功率电源提供的直流功率。%100max=EoPP(8-7)射射极极输输出出器器的的输输出出电电阻阻低低，带带负负载载能能力力强强，但但做做功功放放不不适适合合。为为什什么么？解解释释如如下下：当前无法显示此图像。问问题题讨讨论论RbuoUSCuiibRE射射极极输输出出器器能能否否做做功功率率放放大大？(8-8)当前无法显示
4、此图像。RbuoUSCuiRE射射极极输输出出器器效效率率的的估估算算：(设设RL=RE)uotuoibQicuceUSCESCRU(8-9)若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降和截止区压降和截止区，输出输出信号信号uo的峰值最大只的峰值最大只能为能为：uo的取的取值范围值范围QIcuCEUSCESCRU直流负直流负载线载线交流负交流负载线载线UCEQ=0.5USC静态工作点静态工作点：LSCESCCQRURUI5.05.0=SCoUU5.0max=为得到较大的输出信号为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静假设将射极输出器的静态工作点态工作点（Q Q）设置在负载线的中部设置在负载线的中
5、部，令信号波形正令信号波形正负半负半周均不失真周均不失真，如下图所示如下图所示。(8-10)=TCSCEtiUTP0d1LSCLSCLomORURURUP825.02222maxmax=%25maxmax=EOPP 放大电路的输出没有失真的工作方式称为放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大甲类放大。)sin(+=+=tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUtiTUtiUTP2dd1200=1.直流电源输出的功率直流电源输出的功率2.最大负载功率最大负载功率3.最大效率最大效率(RL=RE时时)(8-11)如如何何解解决决效效率率低低的的问问题题？办法办法：降低
6、降低Q点点。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法点又不会引起截止失真的办法：采用采用推推挽挽输输出出电电路路，或或互互补补对对称称射射极极输输出出器器。缺点缺点：但又会引起截止失真但又会引起截止失真。(8-12)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各一支各一支；两管特性一致两管特性一致。类型类型：8.2 互互补补对对称称功功
7、率率放放大大电电路路(8-13)8.2.1 无无输输出出电电容容的的互互补补对对称称功功放放电电路路（OCL电电路路）一一、工工作作原原理理（设设ui为为正正弦弦波波）电路的结构特点电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由由NPN型型、PNP型三极型三极管构成两管构成两个对称的射极个对称的射极输出器对接而成输出器对接而成。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容。(8-14)ic1ic2动态分析动态分析：ui 0VT1导通导通，T2截止截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期
8、内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式式，称为称为乙类放大乙类放大。因因此此，不需要隔直电容不需要隔直电容。静态分析静态分析：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo=0V(8-15)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-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压死区电压uiuouou o tttt交越失真交越失真：输入信号输入信号 ui在过零在过零前后前后，输出信号出现的失真便输出信号出现的失真便为交越失真为交越失真。交越失真交越失真(8-16)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零等于零；(2)每管导每管导通时
9、间等于半个周期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：(8-17)二二、最最大大输输出出功功率率及及效效率率的的计计算算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和导通时均能饱和，此时输出此时输出达到最大值达到最大值。ULmax负载上负载上得到的最大功率为得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降压降，则负载则负载（RL)上的电上的电压和电流的最大幅值分别压和电流的最大幅值分别为为：LSCLSCLRUIUU=maxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222
10、max=(8-18)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每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为其平均值为:两个电源提供的总功率为两个电源提供的总功率为：USC1=USC2=USC=01)(dsin21LSCLSCavRUttRUI LSCavavRUII12=LSCLSCSCEEERURUUPPP22221=+=tic1LSCRU(8-19)%5.7842222max=LSCLSCEoRURUPP 效率为效率为：LSCLSCSCEEERURUUPPP22221=+=LSCLSCSCoRURUUP21222max=结结论论：OCL电路效率较高电路效
11、率较高；电流电流、电压波形存在失真电压波形存在失真。(8-20)三三、电电路路的的改改进进1.克服交越失真克服交越失真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在于晶体管特性存在非线性非线性，uiIB，则则221RRRUUBE+(8-25)3.电路中增加复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：cbeT1T2ibicbecibic方式一方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1(,)1(,1212122211211 +=+=+=(8-26)becibic 1 2晶体管的类型由复
12、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：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多复合管构成方式很多。不论哪种等效方式不论哪种等效方式，等效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：(8-27)改改进进后后的的OCL准准互互补补输输出出功功放放电电路路：T1：电压推动级电压推动级T1、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管型晶体管，两者特性容易对称两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6(8-28
13、)-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4级级：互补对称射极跟随器互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级级：差动放大器差动放大器第第3级级：单管放大器单管放大器集成运放内部的功率放大输出级集成运放内部的功率放大输出级(8-29)8.2.2 无无输输出出变变压压器器的的互互补补对对称称功功放放电电路路（OTL电电路路）一一、特特点点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。二二、静静态态分分析析则则 T1、T2 特性对称特性对称，,2SCAUU=2SCCUU=2SCiUu=令令：0.5
14、USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC(8-30)三三、动动态态分分析析设输入端在设输入端在 0.5USC 直流电平直流电平基础基础上加入正弦信号上加入正弦信号。若输出电容足够大若输出电容足够大，UC基本基本保持在保持在0.5USC，负载上得到的负载上得到的交流信号正负半周对称交流信号正负半周对称，但存但存在交越失真在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时时，T1导通导通、T2截止截止；2SCiUu 时时，2SCiUu 0 时时：T1导通导通、T2截止截止，ic1经变压器耦合给经变压器耦合给负载负载，iL的方向由的方向由 ic1决定决定。若若ui为
15、正弦信号为正弦信号，则则 iL近似为正弦波近似为正弦波。ui 0 时时：T2导通导通、T1截止截止，ic2经变压器耦合经变压器耦合给负载给负载，iL的方向由的方向由 ic2决定决定。ic2ic1T1、T2都只在半个周都只在半个周期内工作期内工作，存在存在交越失真交越失真。(8-45)3.输出功率及效率输出功率及效率分析方法和前述互补对称功放电路类似分析方法和前述互补对称功放电路类似，请请自行分析自行分析。这里的负载为变压器原边等效负这里的负载为变压器原边等效负载载 RL。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1LLRNNR =221(8-46)三三、甲甲乙乙类类变变压压器器耦耦合合式式推推挽挽功功率率放放大大器器Rb1、Rb2、Re 的作用的作用：克克服交越失真服交越失真。USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1(8-47)第第八八章章结结束束电电子子技技术术模模拟拟电电路路部部分分