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1、第四章功率放大电路1第1页，此课件共30页哦例：例：扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大器？什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要在电子系统中，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、去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器大器2.8.1 2.8.1 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2第2页，此课件共30页哦一一.功放电路的特点功放电路的
2、特点（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEM（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大Icuce3第3页，此课件共30页哦(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。）。Po:负载上得到的交流信号功
3、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。（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题4第4页，此课件共30页哦答：答：不合适，因为效率太低不合适，因为效率太低。uotuo射极输出器输出电阻低，带负载射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论问题讨论:ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE5第5页，此课件共30页哦射极输出器效率低的原因射极输出器效率低的原因：一般射随静态工作点（一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真，信
4、号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（。电路中存在的静态电流（ICQ），），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低降低。设。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：压降，则有：UCEQ=0.5USC ；ICQ=0.5USC/RE。ESCCQSCERUIUP2/2=OPESCESCRURU8)22/(22=UCEQ2ICQ2=6第6页，此课件共30页哦如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：降低办法：降低Q点点但又会引起截止失真但又会引起截止失真既降低既降低Q Q点又不
5、会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推挽输出电路，推挽输出电路，或或互补对称射极输出互补对称射极输出器器7第7页，此课件共30页哦2)分析方法不同，电压放大采用微变等效电路法和图解法；功率放大采用图解法 电压放大器与功率放大器的区别电压放大器与功率放大器的区别1)任务不同。电压放大不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。功率放大信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在大信号状态。8第8页，此课件共30页哦 BJT的几种工作状态的几种工作状态iC甲类：最高效率50%在整个周期内 i C0 （导通角导通角=2）静态工作点是管耗的
6、主要因素iC甲乙类：i C0的时间大于 半个周期 （导通角导通角0的时间约为半个 周期（导通角导通角=）9第9页，此课件共30页哦互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称：互补对称：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。对称电源：对称电源：+USC，-USC 组成互补对称式射极输出器组成互补对称式射极输出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型型PNP型型10第10页，此课件共30页哦一、工作原理（设一、工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo
7、=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;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。式。11第11页，此课件共30页哦ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压12第12页，此课件共30页哦ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间于半个周期每管导通时间于半个周期；(3)存在交越
8、失真。存在交越失真。特点：特点：乙类工作状态13第13页，此课件共30页哦互补对称功放电路工作原理VCC =VEE=VCCvI 0时的工作波形VcemIcm1/RL输出电压的最大变化范围:2 Vcem输出电流的最大变化范围:2 Icm14第14页，此课件共30页哦二、最大输出功率及效率的计算二、最大输出功率及效率的计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到导通时均能饱和，此时输出达到最大值。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-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压若忽略晶体管的饱和压
9、降，降，则负载（则负载（RL)上的电压和上的电压和电流分别为：电流分别为：15第15页，此课件共30页哦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：USC1=USC2=USC tic1 2 16第16页，此课件共30页哦效率为：效率为：比较 射极输出器的效（最大）25%互补对称功率放大器效率（最大）78.5%17第17页，此课件共30页哦 tuo交越失真交越失真ui t+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL电路电路18第18
10、页，此课件共30页哦1.克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：R1D1D2R2 静态时静态时:T1、T2两管发射结电位分两管发射结电位分别为二极管别为二极管D1、D2的正向导的正向导通压降，致使两管均处于微通压降，致使两管均处于微弱导通状态；弱导通状态；动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正加入正弦信号。正半周半周 T2 截止，截止，T1 基极电位进基极电位进一步提高，进入良好的导通一步提高，进入良好的导通状态；负半周状态；负半周T1截止，截止，T2 基极基极电位进一步降低，进入良好的电位进一步降低，进入良好的导通状态。导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加电路中
11、增加 R1、D1、D2、R2支路支路19第19页，此课件共30页哦uB1tUTtiBIBQ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。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。iCQuceUSC/REUSCIBQ20第20页，此课件共30页哦为更换好地和为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失两发射结电位配合，克服交越失真电路中的真电路中的D1、D2两二极管可以用两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。电压倍增电路替代。2.UBE电压倍增电路电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI
12、 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、B2间便可得到间便可得到 UBE 任意倍数的任意倍数的电压。电压。图中图中B1、B2分别接分别接T1、T2的基极。假设的基极。假设I IB，则，则21第21页，此课件共30页哦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：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic 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。cbeT1T2ibicbecibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型22第22页，此课件共30页哦改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路
13、：准互补输出功放电路：T1：电压推动级电压推动级 T2、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型型晶体管，两者特性容易对称。晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T623第23页，此课件共30页哦电路中D1和D2管的作用是消除 。A饱和失真 B截止失真 C交越失真24第24页，此课件共30页哦（2）静态时，晶体管发射极电位UEQ 。A0V B0V C0V25第25页，此课件共30页哦OTL:Output TransformerLessOCL
14、:Output CapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型：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）26第26页，此课件共30页哦无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路一、特点一、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。二、静态分析二、静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC27第27页，此课件共30页哦三、动态分析三、动态分析若输出电容足够大，其上电压若输出
15、电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源）相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。设输入端在设输入端在0.5USC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28第28页，此课件共30页哦四、输出功率及效率四、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：LSCLSCLRUIUU22maxmax=，uLULmaxuitt29第29页，此课件共30页哦D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静态使静态UA=0.5USCD1、D2使使b1和和b2之间的电位差之间的电位差等于等于2个二极管正向压降，克服个二极管正向压降，克服交越失真交越失真Re1、Re2：电阻值：电阻值12，射，射极负反馈电阻，也起限流保护极负反馈电阻，也起限流保护作用作用b1b230第30页，此课件共30页哦