第9章功率放大电路(8)

课题：功率放大电路

教学目的：

1、掌握OCL互补对称功率放大电路的工作原理；输出功率和效率的估算

2、了解乙类互补对称功率放大电路的交越失真，OCL功率放大电路的工作原理；功放管选 用原野则，功放管的散热问题

教学重点：OCL互补对称功率放大电路的工作原理；输出功率和效率的估算 教学难点：OCL互补对称功率放大电路的工作原理；输出功率和效率的估算

教学方法：讲练结合，以投影仪辅助讲解为主，利用多媒体计算机、投影仪和黑板进行穿插

教学 教学用具：黑板、多媒体计算机、投影仪、电子课件、multisim软件 学时安排：8学时 教学过程：

9.1 功率放大器的特点和分类

1．电路特点

功率放大器作为放大电路的输出级, 具有以下几个特点: 

(1) 由于功率放大器的主要任务是向负载提供一定的功率, 因而输出电压和电流的幅度足够大; 

(2) 由于输出信号幅度较大, 使三极管工作在饱和区与截止区的边沿, 因此输出信号存在一定程度的失真;

(3) 功率放大器在输出功率的同时, 三极管消耗的能量亦较大, 因此, 不可忽视管耗问题。 2. 电路要求

根据功率放大器在电路中的作用及特点, 首先要求它输出功率大、 非线性失真小、 效率高。 其次, 由于三极管工作在大信号状态, 要求它的极限参数ICM、 PCM、 U（BR）CEO等应满足电路正常工作并留有一定余量, 同时还要考虑三极管有良好的散热功能, 以降低结温, 确保三极管安全工作。 

3． 功率放大器的分类

根据放大器中三极管静态工作点设置的不同, 可分成甲类、 乙类和甲乙类三种, 如图8.1所示。

QOiB＝0uCEOiCiCQiB＝0uCE (b)

图 ８.1功率放大器工作状态的分类

(c)（a） 甲类; （b） 乙类; （c） 甲乙类

甲类放大器的工作点设置在放大区的中间, 这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态, 输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）, 缺点是三极管有较大的静态电流ICQ , 这时管耗PC大, 电路能量转换效率低。 

乙类放大器的工作点设置在截止区, 这时, 由于三极管的静态电流ICQ =0, 所以能量转换效率高, 它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大, 非线性失真大。  甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区, 即三极管处于微导通状态, 这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题, 且能量转换效率也较高, 目前使用较广泛。 9.2 乙类互补对称功率大电路（OCL电路）

9.2.1双电源基本互补对称功率放大电路及其工作原理

1. 电路组成及工作原理

图8.2是双电源乙类互补功率放大电路。 这类电路又称无输出电容的功率放大电路, 简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。电路工作原理如下所述。

ib1uiib2RL＋UCCuiuo0?2???t?2???tV1ie1＋uoV －i

－U

图８.2双电源乙类互补对称功率放大器

2e2CC1） 静态分析

当输入信号ui=0时, 两三极管都工作在截止区, 此时IBQ、 ICQ、 IEQ均为零, 负载上无电流通过, 输出电压uo=0。 UCE1=-UCE2=UCC， 设置于截止区内， 两功放管属于乙类工作状态， 输出电压为零， 静态损耗也近似为零。

2） 动态分析

（1） 当输入信号为正半周时, ui>0, 三极管V1导通, V2截止, V1管的射极电流ie1经＋ＵCC自上而下流过负载, 在RL上形成正半周输出电压, uo>0。 

（2） 当输入信号为负半周时, ui<0, 三极管V2导通, V1截止, V2管的射极电流ie2经－ＵCC自下而上流过负载, 在RL上形成负半周输出电压, uo<0。 9.2.2乙类双电源功率放大电路功率参数分析计算 1） 输出功率Po

Po?IoUo?12IomUom?1Uom2RL2Uomax?UCC?UCES若忽略UCES, 则

Uomax?UCCPomax?12RL(UCC?UCES)?2

21UCC2RL2） 直流电流提供的功率Pv

ICAV?12???0Iomsin(?t)d(?t)?2UomUCCIom??Iom?RL

PV?2ICAVUCC?PVmax?2UCC2?RL?RL121212RL3） 管耗PT

PT1?PT2??1RL(Uom(PV?PO)?1422?RL(UCCUom?Uom)2

??UCC?Uom)当最大输出电压幅值为Uomax?UCC时，则

UCCRL2PT1?PT2??4??4??0.137Pomax

4） 效率

??POPV??Uom4UCC

当获得最大不失真输出幅度时， Uomax≈UCC， 则 可得到乙类双电源互补对称功率放大电路的最大效率为 ?max?PomaxPV?100%??4?100%?78.5%

5)最大管耗 11212PT1?(PV?PO)?(UCCUom?Uom) 22?RL2RL

可求得当Uom=0.63UCC 时, 三极管消耗的功率最大, 其值为 P?UCC2T1(max)?RL2?2?2POmax?0.2POmax

6）功率管的选择条件

在实际应用中， 功率三极管的选择主要依据以下的原则：

第一，每只功率三极管的最大允许管耗PCM必须大于0.2Pom。 如要求输出最大功率为10 W， 则应选择两只最大集电极功耗PCM≥2 W的三极管即可， 当然还可以适当考虑余量。 第二，当V2导通时， V1截止， 所以当V2饱和时， UCE1得到最大值2UCC， 因此， 应选用耐压

∣U（BR）CEO∣＞2UCC的管子。

第三，所选管子的ICM应大于电路中可能出现的最大集电极电流UCC/RL。

[例8.2.1]在如图所示电路中，已知VCC=15V，输入电压为正弦波，

晶体管的饱和管压降为3V，电压放大倍数为约1，负载电阻RL=4Ω。

(1)求解负载上可能获得的最大功率和效率；

(2)若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少？

解：(1)最大功率

效率

(2)

，最大功率

可见，功率放大电路的最大输出功率除

了决定于功放本身参数外，还与输入电压有

关。

[例8.2.2]已知如图所示电路中负载所需最大功率为16W，负载电阻为8Ω。设晶体管饱和管压降为2V，试问：

(1)电源电压至少应取多少伏？ (2)若电源电压取20V，则晶体管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗各为多少？

解：(1)根据

可以求出电源电压

(2)最大不失真输出电压的峰值 晶体管的最大集电极电流

最大管压降

晶体管集电极最大管耗

9.3甲乙类互补对称功率放大电路

9.3.1实用的甲乙类双电源互补对称功率放大电路

一、减小交越失真的措施 1、交越失真

和集成运算放大器的输出级一样， 由于功率三极管存在死区电压（硅管约为0.5 V）， 只有当输入信号的幅值大于0.5 V（对于V2应小于0.5 V）以后， 三极管才逐渐导通。 因此输出波形在输入信号零点附近的范围出现交越失真, 如图6-4所示。

2、消除的措施

为了克服交越失真， 可以利用PN压降、 电阻压降或其他元器件压降给两个三极管的发射结加上正向偏置电压， 使两个三极管在没有信号输入时处于微导通的状态。 由于此时电路的静态工作点已经上移进入了放大区（为了降低损耗， 一般将静态工作点设置在刚刚进入放大区的位置）， 因此功率放大电路的工作状态由乙类变成了甲乙类。

VCCQ1VBBRLQ2ui-VCC

VBB应是两管阀值电压之和，工作点Q不能太高，否则静态IC太大，使静态功耗太大，一般所加偏置电压大小，以刚好消除交越失真为宜。具体措施如下： 1）利用二极管和电位器上压降产生偏置电压 2）利用UBE倍增电路产生偏置电压 二、用复合管组成互补对称功率放大电路 复合管的连接原则和等效管型判断方法

1、 按两管相连的电极电流前后流向一致的规律连接 2、 复合管的等效管型取决于前一只的管型 3、 复合后的等效管总的电流放大系数???1?2 基本接法有四种：

Q7Q1Q4Q6Q2Q8Q3Q5

VCCQ1VBBRLQ2ui-VCC

VBB应是两管阀值电压之和，工作点Q不能太高，否则静态IC太大，使静态功耗太大，一般所加偏置电压大小，以刚好消除交越失真为宜。具体措施如下： 1）利用二极管和电位器上压降产生偏置电压 2）利用UBE倍增电路产生偏置电压 二、用复合管组成互补对称功率放大电路 复合管的连接原则和等效管型判断方法

1、 按两管相连的电极电流前后流向一致的规律连接 2、 复合管的等效管型取决于前一只的管型 3、 复合后的等效管总的电流放大系数???1?2 基本接法有四种：

Q7Q1Q4Q6Q2Q8Q3Q5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6vto.html