1、4.1 概概 述述4.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 4.3 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路*4.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路u 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

2、推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器4.1 4.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取1.輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大 功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。oooUIP 如輸入信號(hào)是某一頻率的正弦信號(hào)如輸入信號(hào)是某一頻率的正弦信號(hào), 則輸出功率表達(dá)式為則輸出功率表達(dá)式為式中, Io、Uo均為有效值。如用振幅值表示, ,

3、2/2/omoomoUUIIomomoUIP21一一.功放電路的要求功放電路的要求4.1.1功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn)2. 效率要高效率要高 %100EoPP 放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器, 它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載, 因此, 要求轉(zhuǎn)換效率高。為定量反映放大電路效率的高低, 引入?yún)?shù), 它的定義為式中, Po為信號(hào)輸出功率, PE是直流電源向電路提供的功率。在直流電源提供相同直流功率的條件下, 輸出信號(hào)功率愈大, 電路的效率愈高。 3. 非線性失真要小非線性失真要小 為使輸出功率大, 輸出的Iom、Uom也應(yīng)大, 故功率放大器采用的三極管均應(yīng)工作在大信號(hào)

4、狀態(tài)下。由于三極管是非線性器件, 在大信號(hào)工作狀態(tài)下, 器件本身的非線性問題十分突出, 因此, 輸出信號(hào)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真。當(dāng)輸入是單一頻率的正弦信號(hào)時(shí), 輸出將會(huì)存在一定數(shù)量的諧波。諧波成分愈大,表明非線性失真愈大, 通常用非線性失真系數(shù)表示, 它等于諧波總量和基波成分之比 通常情況下, 輸出功率愈大, 非線性失真就愈嚴(yán)重。 功放電路的要求：功放電路的要求：Pomax 大，三極管極限工作大，三極管極限工作 = Pomax / PV 要高要高失真要小失真要小選擇功放管時(shí)選擇功放管時(shí)，要注意極限參數(shù)的選擇，還要注意其，要注意極限參數(shù)的選擇，還要注意其散熱條件散熱條件，使，使用時(shí)必須

5、安裝合適的散熱片和用時(shí)必須安裝合適的散熱片和各種保護(hù)措施各種保護(hù)措施。（二）（二） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、U (BR)CEO 、 PCM 。 ICMPCMU (BR)CEOIcuce二、主要技術(shù)指標(biāo)二、主要技術(shù)指標(biāo)1.最大輸出功率最大輸出功率Pom2.轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率 3.最大輸出電壓最大輸出電壓Uom（一）三、功率放大電路的分析方法三、功率放大電路的分析方法采用圖解法采用圖解法三三. BJT的幾種工作狀態(tài)的幾種工作狀態(tài)甲類：甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的點(diǎn)適中

6、，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：甲乙類：介于兩者之間，介于兩者之間，導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0，BJT只在只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC功率放大電路的分類功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類甲類甲類( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙

7、類乙類( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2 T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波.二只二只管子的這種交替工作方式稱為管子的這種交替工作方式稱為“互補(bǔ)互補(bǔ)”工作方式。工作方式。uuVCCVCCoiLRT1和和T2均截止，輸出電壓為零。均截止，輸出電壓為零。輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR若考慮三極管的開啟電壓，若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生輸出波形將產(chǎn)生交越失真交越失真。組

8、合特性分析組合特性分析圖解法圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1.輸出功率輸出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP 三、分析計(jì)算三、分析計(jì)算uuVCCVCCoiLRLomCCcmCCCAVRUVIVIP11V=CCv1uuVCCVCCoiLRcmcmccavIttdItdiI1)(sin21)(210120LomCCVRUVPP2=2V1LCCLsatCECCC

9、CVRVRUVVP2)(max)22CComVo4=VUPP2.電源供給的功率電源供給的功率PV：電源電壓與與供給給管子的平均電流。電源電壓與與供給給管子的平均電流。3.效率效率 最高效率最高效率 max時(shí)，時(shí)， CComVU % 78.54max 一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP 4.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR)41(1)212(21)(21=21220OVT21omCComLLomC

10、CLmTTUVURRUVRUPPPPP當(dāng)當(dāng)時(shí)， CComVU(max)CC21137. 044oLTPRVP并非最大管耗一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗三極管的最大管耗三極管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC omL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP 問：?jiǎn)枺篣om=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1對(duì)對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：，得出：PT1max發(fā)生在發(fā)生在Uom=0.64VCC處。處。將將Uom=0.64VCC代入代入PT1表達(dá)式表達(dá)式：選功率管的原則：選功率管的原則：1.

11、 PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLRLCCCM. 3RVI tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)uuVCCoiLRVCCuu-oLRi2RD12R1VCCDVCC 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí): T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管別為二極管D1、 D2的正向?qū)ǖ恼驅(qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號(hào)。正半加入正弦信號(hào)。正半周周 T2 截止，截止，T1 基

12、極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周半周T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 4.3 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降調(diào)節(jié)范圍小，使三極管的偏壓不易調(diào)整。二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降調(diào)節(jié)范圍小，使三極管的偏壓不易調(diào)整。uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)存在較小

13、的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時(shí)間大每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基于半個(gè)周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceVCC /ReVCCIBQ2.2.利用UBE倍增電路產(chǎn)生偏置電壓（甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的計(jì)算同乙類電路的計(jì)算同乙類）利用UBE倍壓電路向T1、T2管提供所需的偏壓, 其關(guān)系推導(dǎo)如下:UBE=0.7V左右，調(diào)節(jié)R1R2 的比值，即可使T1T2得到合適的偏壓。)(213212212EBBEBBBEUURRRURRRU所以3321)1 (21221BEBEEBBEURRURRRUU3. 電路中增加復(fù)合管電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的

14、驅(qū)動(dòng)能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb復(fù)合管連接復(fù)合管連接原則：1. T1T2相連的電極電流前后流向一致；相連的電極電流前后流向一致； 2.外加電壓的極性保證兩只三極管均發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。外加電壓的極性保證兩只三極管均發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。特點(diǎn)特點(diǎn):1.復(fù)合后的等效管總的電流放大系數(shù)復(fù)合后的等效管總的電流放大系數(shù) 1 2；2.前級(jí)為推動(dòng)管，決定管子的類型；后級(jí)為輸出管，決定功率。前

15、級(jí)為推動(dòng)管，決定管子的類型；后級(jí)為輸出管，決定功率。 T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)） T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路22122RRRUUBECE 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。 T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。兩者特性容易對(duì)稱。4. 帶復(fù)合管的帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)） T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T

16、3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。兩者特性容易對(duì)稱。 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R4.4 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路OTL Output Transformerless 1、基本原理、基本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置4.4 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類

17、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路OTL Output Transformerless CCE21VU此時(shí)電容上電壓此時(shí)電容上電壓CCC21VU LLfCRfLLR21C21所以電容器的容量由功率放大器的下限頻率確定，即動(dòng)態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)由于由于C1很大，兩端電壓基本不變，使很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高上端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2。Ui正半周時(shí)，正半周時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；輸出電流從截止；輸出電流從VCC正極流出，經(jīng)正極流出，經(jīng)T1，C自上而下流過負(fù)載到地形成回路，負(fù)載獲得正半周輸出。自上而下流過負(fù)載到地形成回路，負(fù)載獲得正半周輸出

18、。Ui負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，T1截止、截止、T2導(dǎo)通。電容相當(dāng)電源導(dǎo)通。電容相當(dāng)電源VCC/2 ，輸出電流，輸出電流從電容的正極流出，經(jīng)從電容的正極流出，經(jīng)T2和地，自下而上流過負(fù)載回到電容的負(fù)和地，自下而上流過負(fù)載回到電容的負(fù)極，負(fù)載獲得負(fù)半周輸出極，負(fù)載獲得負(fù)半周輸出。2maxCCoVU （3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax %5 .78max 2maxCCoVU 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。LC

19、CcmCCcmCCcCCcavCCVRVIVttdIVtdiVIVP2)(sin2)(212010)412(1)211(21)(21=21220OVT21omCComLLomCCLmTTUVURRUVRUPPPPP當(dāng)當(dāng)時(shí)， /CComVUomL22CCT1max2 . 0 PRVP一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗三極管的最大管耗三極管的最大管耗 選功率管的原則：選功率管的原則：1. PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVU)(L2CCoM2RVP LCCCM2. 3RVI1、基本原理、基本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。4.4 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)

20、稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路OTL Output Transformerless （2）動(dòng)態(tài)分析）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電（電容起到了負(fù)電源的作用）源的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；Ui正半周時(shí)，正半周時(shí)，T1截止、截止、T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置 調(diào)整調(diào)整RW阻值的大小，可使阻值的大小，可使CCP21VU 此時(shí)電容上電壓此時(shí)電容上電壓CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：LCCLooRVRUP8)2(22maxma

21、x %5 .78max 2maxCCoVU 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO2. 帶自舉電路的單電源功放帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)CCP21VU C1充電后，其兩充電后，其兩端有一固定電壓端有一固定電壓動(dòng)態(tài)時(shí)動(dòng)態(tài)時(shí)由于由于C1很大，兩端電很大，兩端電壓基本不變，使壓基本不變，使C1上上端電位隨輸出電壓升端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出高而升高。保證輸出幅度達(dá)到幅度達(dá)到VCC/2。+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU

22、2R1RTRiTW5V416TC1、R7為自舉電路為自舉電路3.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R3.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)負(fù)反饋。整

23、個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 3.帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路帶運(yùn)放前置放大級(jí)的功率放大電路運(yùn)放運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 1.當(dāng)輸出為10W時(shí)的輸入？管耗和效率？2.理想狀態(tài)下輸出管的極限參數(shù)。3.最大輸出電流為5mA,確定復(fù)合管的電流。VUVRPUsatCECCLo1321565.1281022)(0max7 . 4228211fiouaRRuuAVUUom89. 17 . 42/iWRUVPLomCCV1 .158

24、65.122152662. 01 .1510=VoPPWPPPPPTT55. 2)101 .15(21)(21=21OVT212.1. PCM PT1max =0.2Pom821522)(2L2CCL2CESCComaxRVRUVP2VVUCCCEOBR302)(ARVI875. 1815LCCCM3. 1 2375105875. 13OMCMII總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 雙電源電路雙電源電路又稱又稱OCL電路電路 （無輸出電容）（無輸出電容）單電源電路單電源電路又稱又稱OTL電路電路 （無輸出變壓器）（無輸出變壓器）LCCoRVP

25、22max LCCoRVP82max 4.4 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器集成功率放大器DG4100簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介：集成功放集成功放DG4100的外部接線圖：的外部接線圖：1功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類和甲常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到78.5。3互補(bǔ)對(duì)稱功率放大