功率放大电路

null第五章 功率放大电路第五章 功率放大电路 教学内容： 本章以功率放大电路的输出功率、 效率和非线性失真之间的矛盾为主线，逐步 提出解决矛盾的。在电路方面，以互补 对称功率放大电路为重点进行较详细的分析 与计算。null 教学要求： 本章需要重点掌握典型功放电路最大 输出功率、效率、管耗的分析计算和功放 管选择。 5.1 功率放大电路的一般问 5.1 功率放大电路的一般问题 主要向负载提供功率的放大电路称为功 率放大电路。功率放大电路和电压放大电路 所完成的任务不同，对电压放大电路的主要 要求是使负载得到不失真的电压信号，主要 讨论的是电压增益、输入和输出电阻等。功 率放大电路则主要要求获得一定的不失真 ( 或失真较小 ) 的输出功率，通常是在大信号null 状态下工作，因此它主要讨论的是输出功率、 管耗、效率等在电压放大电路中未曾出现的 特殊问题，既要求： (1) 输出功率尽可能大； (2) 效率尽可能高； (3) 非线性失真尽可能小； (4) 管耗尽可能小。 提高功率放大电路效率的有效途径，主要 是降低静态工作点。 null 根据偏置条件不同，或者说 Q 点的位置不 同，可以用甲类、乙类、甲乙类等来描述放大 器的工作状态。(见例题) 甲 类：整个周期有电流；失真小，但效率 低。 乙 类：一半时间无电流；效率高但交越失 真。 甲乙类：少半时间无电流；效率高，可以消 除交越失真。 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 5.2.1 电路组成及原理 由两只性能匹配的功率三极管共有一个射 极负载的共集电极电路(射极输出器)组成，如 图所示。其中T1和 T2分别为NPN 管和 PNP管构 成互补对称电路。静态时两个管子均不取电流， 有信号时两个管子轮流导电，各向负载提供半 个周期的输出波形，从而形成一种推挽式输出 结构。nullnull 5.2.2 性能指标分析计算(见例题) (设输出电压幅值为Vom时) 1.输出功率 最大输出功率(见例题) null 2.管耗 3.直流电源提供的功率 4.效率 null 5.2.3 功率三极管BJT的选择 1.最大允许管耗:(见例题) PCM  0.2Pom 2.最大耐压值: V(BR)CEO  2VCC 3.最大集电极电流: 5.3甲乙类互补对称功率放大电路 5.3甲乙类互补对称功率放大电路 5.3.1甲乙类双电源互补对称电路 电路组成如图所示，在该电路中，T1和T2 两管有一定的正偏压，使两管在静态时处于微 导通状态，这样可以消除交越失真。但在设置 偏压时，应尽可能接近乙类状态，以尽量减小 功率和效率带来的负面影响。(见例题) nullnull 5.3.2 甲乙类单电源互补对称电路 如图所示，T3 组成前置放大级，T2和T1 组成互补对称电路输出级。静态时，通常K 点电位VK = VC = VCC/ 2。为了提高电路工作 点的稳定性能，常将 K 点通过电阻分压(R1, R2)与前置放大电路的输入端相连，以引入 负反馈。其最终结果是使VK趋于稳定。R1,R2 引入了交流负反馈，改善了性能指标。 nullnull 在上图中，假定由于温度的变化使VK，则 VK VB3 B3  C3  VC3  VK 电路中电容C的作用： a.假定信号的半周期中，T1+, T2-, C充电。 b.在信号的下一个周期中，T1-, T2+,VCC断开， C放电。null 例: (北京邮电大学1999年研究生入学试题) OTL互补对称功放如图所示，设电容 C足够大， 三极管的饱和电压降VCES=1V,问： (1)按功放分类电路中T1, T2,的工作方式为那种； (2)电阻R1和D1、D2的作用； (3)电位器RW的作用； (4)试求负载RL上得到的最大不失真输出功率Pomax。null 解： (1)功率放大器分类通常以输入信号的 一个周期中，三极管的导通状态，即导通角 的大小划分： =2 甲 类 = 乙 类  <<2 甲乙类 < 丙 类 电路中，T1、 T2、的导通角 <<2，故 为甲乙类方式。 null (2)为T1、T2管提供静态偏置电压，动态情况 下可消除 Ui幅度较小时由于三极管的死区而引 起的交越失真。 (3)调节电位器使三极管T1、T2基极B1、B2间 有一合适的电流D和压降VB1B2,压降VB1B2确保T1、 T2 管在静态时处于导通状态。另外调整Rw可使 电容C两端的电压为0.5 VCC。 null (4)最大不失真输出功率 null 例: 某OCL互补对称电路如图所示，已知三 极管T1 、T2的饱和压降为VCES =1V, VCC=18V, RL= 8. (1)计算电路的最大不失真输出功率Pomax； (2)计算电路的效率； (3)求每个三极管的最大管耗PT； (4)为保证电路正常工作，所选三极管U(BR)CEO 和CM应为多大； null 解： null (4)当一个管子处于饱和状态，另一个管子c、 e间承受的电压接近2VCC所以， null 讨论： 本题要求掌握双电源互补对称电路在极 限状态下 Pom、PE和  的计算。要注意题中 所用的公式是在极限条件下推导的，实际功 放电路可工作于极限状态也可工作在非极限 状态，所以要注意公式的应用条件，切勿死 套公式。null 例: (北方交通大学2000年研究生入学试题) 若要设计一个输出功率为10W的乙类功率放大 器，则应选择PCM至少为___W的功率管两只。 解：乙类功率放大器最大管耗与电路的最大 输出功率的关系是 PT1m = 0.2 Po,要求输出功 率为10W,要用两个额定管耗大于2W的管子。 null 例: (北京理工大学1997年研究生入学试题)如 图所示功放电路中，已知运算放大器 A 具有理 想特性，其最大输出电压幅度为 ±10V,最大输 出电流为±10mA,|VBE|=0.7V,输入电压 Ui=Uimsint. (1)为获得最大输出功率，三极管的只至少 应为多少； (2)电路的最大输出功率Pomax(忽略三极管的 饱和压降和交越失真)； (3)该电路的电压放大倍数 null 解：如图所示电路为运放驱动的OCL功率放 大器。 (1)已知运放最大输出为±10V，所以RL最大 电压 Uom= 10 - 0.7 = 9.3V null又知最大输出电流为±10mA，所以 (3)电路是电压并联负反馈，null 例: 某集成电路的输出极如图所示。 (1)分析T4和R1、R2的功能； (2)T5、T6和R3、R4的工作原理。 null 解:(1)R1、R2和 T4组成VBE扩大电路，在静 态时为功放管 T2、T3提供小电流偏置，以便 较好的克服交越失真；另外当 VBE4 随温度变 化时，具有温度补偿的作用。 null (2)电流通过T5,R3和T6,R4分别对T2和T3实现 过流保护。当正向输出电流e2超过额定值时 R3 上的压降促使T5正向偏置，T5由截止转为 导通，旁路了驱动级向T2提供的基极电流， 达到过流保护的目的；同理，当负向电流超 过额定值时，T6,R4将对T3起限流保护作用。null 例: 某功率放大电路如图所示，设T4、T5的 饱和压降及静态时的管耗忽略不计，试求： （1）当输入电压有效值 Ui=0.5V时，电路的输出 功率Po及输出级的效率； （2）当Ui为多大时，电 路可获得最大输出功率 Pom，并计算Pom值。null 解：本例电路由差动放大器，甲乙类OCL放大 器和电压串联负反馈组成。 （1）电路闭环放大倍数 null（2）null ： 在计算功率放大电路时要注意功率放大 电路的结构形式很多，如有互补对称电路和 变压器耦合的功率放大电路；互补电路由可 分为单电源和双电源互补对称电路；变压器 耦合的功放电路又可分单管电路和推挽电路， 因此要根据不同的电路结构应用相应的公式。 在应用公式时还要注意功放电路是工作在极 限状态还是在非极限状态。如本例中，PoPom。