1、1第第8章章 功率放大电路功率放大电路2 扩音系统扩音系统实际负载实际负载 在电子系统中，模拟信号被放大后，往在电子系统中，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、往要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。推动一个实际负载需要的功率很大。以输仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。以输出较大功率为目的放大电路称为功率放大器出较大功率为目的放大电路称为功率放大器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 功率放大电路的特点和分类：功率放大电路的特点和分类：3(2) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意功放电
2、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电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UBR(CEO) 、 PCM 。 ICMPCMUBR(CEO)Icuce (1) 要求输出足够大的功率。要求输出足够大的功率。4(3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（的效率（ ）。）。Po : 负载上得到的交流功率。负载上得到的交流功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%PPEo100 (4) 非线性失真要小。电流、电压信号比较大，非线性失
3、真要小。电流、电压信号比较大，必须注意防止非线性失真。必须注意防止非线性失真。(5) 采用图解分析法。采用图解分析法。5从从能量能量控制的观点来看，都是利用有源器件控制的观点来看，都是利用有源器件将电源提供的直流功率转换成负载所需的交流功将电源提供的直流功率转换成负载所需的交流功率。率。电压放大器和功率放大器的电压放大器和功率放大器的相同点：相同点：一般放大器一般放大器功率放大器功率放大器技术要求技术要求Au、Ri、RoPLm、 、非线性失、非线性失真真工作状态工作状态小信号状态小信号状态大信号状态大信号状态分析方法分析方法小信号等效电路分小信号等效电路分析法析法图解法图解法 6二、工作状态分
4、类二、工作状态分类甲类（甲类（A类）：类）：工作点工作点Q设在设在放大区放大区，对于输入，对于输入信号为正弦波的整个周期内信号为正弦波的整个周期内ic 0，即三极管在整，即三极管在整个周期都导通。因此导通角个周期都导通。因此导通角= 。 iCt0iCuBEQ0(a)A类类(导通角为导通角为180)7乙类（乙类（B类）：类）：工作点选在工作点选在截止点截止点（UBEQ= UBE(on)，ICQ=0），因此只有在输入信号的半个周期内有），因此只有在输入信号的半个周期内有ic，导通角，导通角 = /2。 iCt0iCuBEQ(b)20 (b)B类类(导通角为导通角为90)8甲乙类（甲乙类（AB类）类
5、）：工作点选在放大区中，：工作点选在放大区中，但靠近截止区的地方，导通角但靠近截止区的地方，导通角 /2 。iCt0iCuBEQ(d)2 09iCt0iCuBEQ(c)0(c)C类类(导通角导通角90)丙类（丙类（C类）：类）：Q点选在截止区以内，晶体管只有不点选在截止区以内，晶体管只有不到半周导通（导通角小于到半周导通（导通角小于90o）,导通角导通角0 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2V1、V2两个晶体管都只在半两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为个周期内工作的方式，称为乙类放大乙类放大。静态分析静态分析：Ui = 0V V1、V2均不工作均不工作 Uo
6、 = 0Vic218UCCUoV1V2RL UCCUi19图图8.3.2互补推挽乙类功放的输出特性互补推挽乙类功放的输出特性 (a)单管负载线；单管负载线；(b)双管负载线双管负载线 t0iC1iC20iC1iC2uCE1Q (0, UCC)uce1(b)iC2. 功率与效率的计算功率与效率的计算UCCUoV1V2RL UCCUi200Icm(max)uCEiC10Ucm(max)(a)T2Q(0, UCC)UCCRLUcmIcmUCCUoV1V2RL UCCUi1)输出交流功率输出交流功率POLomoRUP221V1、V2为半周工作，但负载电流却是完整的正弦波。为半周工作，但负载电流却是完整
7、的正弦波。LCCoRUP2max21因为因为Uommax=UCC, 所以所以:210Icm(max)uCEiC10Ucm(max)(a)T2Q(0, UCC)UCCRLUcmIcmUCCUoV1V2RL UCCUi2)电源提供的功率电源提供的功率PE=2UCC(iC1的平均值的平均值)LomCCTLomCCRUUdttsinRUTU 21220 22LCCmaxERUP22 因为因为Uom(max)UCC，所以，所以0Icm(max)uCEiC10Ucm(max)(a)T2Q(0, UCC)UCCRLUcmIcmUCCUoV1V2RL UCCUi2)电源提供的功率电源提供的功率LomCCERU
8、UP 2 23当信号为零时，工作点接近于截止点，当信号为零时，工作点接近于截止点，ICQ=0，电源不提供功率；而随着信号的增大，电源不提供功率；而随着信号的增大，iC1增大，增大，电源提供的功率也将随之增大。当电源提供的功率也将随之增大。当Uom=UCC时时,电电源输出功率达到最大源输出功率达到最大,这点与这点与A类功放有本质的差类功放有本质的差别别。2)电源提供的功率电源提供的功率LomCCERUUP 2 UCCUoV1V2RL UCCUiLCCmaxERUP22 243)转换能量的效率转换能量的效率 442212CComLomCCLomEoUURUURUPP当信号最大，当信号最大，=1时，
9、效率达到最高：时，效率达到最高： %.max5784 可见，可见，B类工作的效率远比类工作的效率远比A类的高。类的高。 电压利用系数电压利用系数254)每个管子损耗每个管子损耗PTLomLomCCoETRURUUPPP24122 可见，每个管子的损耗可见，每个管子的损耗PT是输出信号振幅的是输出信号振幅的函数。将函数。将PT对对Uom求导，可得出最大管耗求导，可得出最大管耗PCm。令。令0211omCCLoTUURdUdP262 . 022112222LCCLCComTmRURUPPLCCCCCCCCLTmRUUUURP222124121得出，当得出，当 时，每管的损耗最大：时，每管的损耗最大
10、： CComUU 2 273.选择功率管选择功率管(1)已知已知Pom及及RL，选，选UCC，则，则LomCCLCComRPURUP2212(2)已知已知Pom，选择管子允许的最大功耗，选择管子允许的最大功耗PCM。管子允许的最大功耗管子允许的最大功耗omTmCMPPP2 . 0UCCUoV1V2RL UCCUi28 (3)管子的击穿电压管子的击穿电压U(BR)CEO。CCCEO)BR(UU2 (4)管子允许的最大电流管子允许的最大电流ICM。LCCcmCMRUII UCCUoV1V2RL UCCUi总结：功率管的选择原则：总结：功率管的选择原则：最大耐压值：最大耐压值：U(BR)CEO2UC
11、C最大集电极电流：最大集电极电流： 最大集电极耗散功率：最大集电极耗散功率： LCCCMRUI omCMPP2 . 029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:死区电压死区电压UiUoUoU o tttt输入信号输入信号 Ui在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，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UCCUoV1V2RL UCCUi30(1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 UCCUoV1V2RL UCCUiR1D1D2R2+UCC-
12、UEEUoUiiLRLV1V231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， V2 截止，截止，V1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；同理提高，进入良好的导通状态；同理,负半周，负半周，V2进入良好的导通状态。进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。越失真。R1D1D2R2+UCC-UEEUoUiiLRLV1V2静态时静态时: V1、V2两管发射结电位两管发射结电位分别为二极管分别为二极管D1、 D2的正向导通压的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。降，致使两管均处于微弱导通状态。32(a
13、)(b)RCVD1VD2V1V2V3UCCUiRCV1V2V3UCCUiAI1I2R1R2BRLRL UEE UEEV4图图423克服交越失真的互补电路克服交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式；二极管偏置方式；(b)模拟电压源偏置方式模拟电压源偏置方式 UBE电压倍增电路电压倍增电路2214RRRUUBEAB3334图图8.3.7 例例8.3.1图图352222omoioLLL11236(W )24UUUPRRRoEC Cc(av)C CcmC CL222222122568(W )4UPUIUIURTEo11()(6836)16(W )22PPP解解 （1）由式（）由式（8-3-3）知）知由
14、式（由式（8-3-7）知）知由式（由式（8-3-10）知）知36222omCComLL112578(W)222 4UUPRR22CCECCc(av)CCcmL222 25299(W)4UPUIUIRTEom11()(9978)10.5(W)22PPPTo0.20.2 7815.6(W)mmPP（3）由式（）由式（8-3-12）得）得(2)当输出电压的振幅当输出电压的振幅Uom=UCC时输出功率达到最大时输出功率达到最大 :371、特点、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。2、静态分析、静态分析则则 V1、V2 特性对称，特性对称，,UUCCa2 2CCC
15、UU 0iU令：令：8.3.2 单电源互补跟随乙类功率放大器单电源互补跟随乙类功率放大器(OTL)0.5UCCRLUiV1V2+UCCCaUo+-UC383、动态分析、动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电平直流电平基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。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0.5UCC ，负载上得到的，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存交流信号正负半周对称，但存在交越失真。在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真时，时，V1导通、导通、V2截止；截止；2CCiUU 时，时，2CCiUU V1截止、截止、 V2导通。导通。0.5UCCu
16、itRLUiV1V2+UCCCaUo+-UC392CC(max)omUU 故，该电路负载得到的故，该电路负载得到的最大交流功率最大交流功率Pom为为LCCLCCLomomRURURUP222(max)8122121LCCLmaxomCCmaxERURUUP 22 %5 .78maxRLUiV1V2+UCCCaUo+-UC40带前置放大级的单电源功率放大器带前置放大级的单电源功率放大器 41调节调节R,使静态使静态UAQ=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之间的之间的电位差等于电位差等于2个二极管正个二极管正向压降，克服交越失真。向压降，克服交越失真。Re1 、 Re2：电阻值：电阻值1
17、2 ，射极负反馈电阻，也起限射极负反馈电阻，也起限流保护作用。流保护作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A428.1 设设2AX81的的ICM=200mA，PCM=200mW，U(BR)CEO=15V；3AD6的的PCM=10W（加散热板），（加散热板），ICM=2A，U(BR)CEO=24V。求。求它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。解：当静态工作点解：当静态工作点Q确定后，适当选取交流负载电阻值，确定后，适当选取交流负载电阻值，使使Q点位于交流负载线位于放大区部分的中点，则可输出点位于交流负
18、载线位于放大区部分的中点，则可输出最大不失真功率，此时称为最佳交流负载电阻。最大不失真功率，此时称为最佳交流负载电阻。忽略三极管的饱和压降和截止区忽略三极管的饱和压降和截止区,则有则有 LCQCCRIU 同时应满足以下限制：同时应满足以下限制： CMCQCCPIU 2(BR)CEOCCUU 2CMCQII (1)对对2AX81而言，应满足而言，应满足 mW200CQCC IUV5 . 7CC UmA100CQ ImW200CQCC IU取取43 k28. 07 .265 . 7L(max)R8.1 设设2AX81的的ICM=200mA，PCM=200mW，U(BR)CEO=15V；3AD6的的
19、PCM=10W（加散热板），（加散热板），ICM=2A，U(BR)CEO=24V。求。求它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。当当UCC=7.5V时，时，ICQ=26.7mA,此时此时RL最大：最大： k02. 01002L(min)R当当ICQ=100mA ，UCC=2V时时,此时此时RL最小：最小：故最佳交流负载电阻值故最佳交流负载电阻值RL为：为： k28. 0k02. 0(1)对对2AX81而言，应满足而言，应满足 mW200CQCC IUV5 . 7CC UmA100CQ ImW200CQCC IU取取解：解：448.
20、1 设设2AX81的的ICM=200mA，PCM=200mW，U(BR)CEO=15V；3AD6的的PCM=10W（加散热板），（加散热板），ICM=2A，U(BR)CEO=24V。求。求它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。它们在变压器耦合单管甲类功放中的最佳交流负载电阻值。当当UCC=12V时，时，ICQ=0.83A,此时此时RL最大：最大：当当ICQ=1A ，UCC=10V时时,此时此时RL最小：最小：故最佳交流负载电阻值故最佳交流负载电阻值RL为：为：(1)对对3AD6而言，应满足而言，应满足 W10CQCC IUV12CC UA1CQ IW10CQCC IU取取解：解：
21、 46.1483. 012L(max)R 10110L(min)R 46.1410458.2 图题图题8-2为理想乙类互补推挽功放电路，设为理想乙类互补推挽功放电路，设UCC=15V，UEE=15V，RL=4，UCE(sat)=0，输入为正弦信号。试求，输入为正弦信号。试求(1)输出信号的最大功率；输出信号的最大功率；(2)输出最大信号功率时电源的功率、集输出最大信号功率时电源的功率、集电极功耗（单管）和效率；电极功耗（单管）和效率；(3)每个晶体管的最大耗散功率每个晶体管的最大耗散功率PTm是多是多少？在此条件下的效率是多少？少？在此条件下的效率是多少？解：解： W13.2841521212
22、L2CCom RUP(1)W83.35415222LCCCCEm RUUP(2)W85. 3)13.2883.35(21)(21oET PPP%5 .7844 W63. 513.282 . 02 . 0omTm PP%50244 (3)465.单管甲类功放电路如图题单管甲类功放电路如图题8-5所示，输出变压器的匝比所示，输出变压器的匝比n=3，其初级直流电阻其初级直流电阻r1=10，次级直流电阻，次级直流电阻r2=1，采用，采用3AX61管管（参数为（参数为ICM=500mA，PCM=500mW，U(BR)CEO=30V，=80），），忽略忽略UCE(sat)。调节上偏电阻。调节上偏电阻RB1
23、可使可使RL获得最大不失真输出功率获得最大不失真输出功率为多少？为多少？解：由题意知：解：由题意知： 9110)18(9)(12L2LrrRnRCQE1CQCCCEQ206)(IRrIUU 当当Q点位于交流负载线位于放大区点位于交流负载线位于放大区部分的中点时，可输出最大不失真功部分的中点时，可输出最大不失真功率。所以率。所以:LCQCEQRIU CQCQ91206II 即：即：mA54CQ IV91. 4CEQ U得：得：RL获得最大不失真输出功率为获得最大不失真输出功率为 W13021CQCEQo.IUP 47RL获得最大不失真输出功率为获得最大不失真输出功率为 W10. 0917213.
24、 0LLoo RRPPRL获得最大不失真输出功率为获得最大不失真输出功率为 W13021CQCEQo.IUP 5.单管甲类功放电路如图题单管甲类功放电路如图题8-5所示，输出变压器的匝比所示，输出变压器的匝比n=3，其初级直流电阻其初级直流电阻r1=10，次级直流电阻，次级直流电阻r2=1，采用，采用3AX61管管（参数为（参数为ICM=500mA，PCM=500mW，U(BR)CEO=30V，=80），），忽略忽略UCE(sat)。调节上偏电阻。调节上偏电阻RB1可使可使RL获得最大不失真输出功率获得最大不失真输出功率为多少？为多少？解：解：488.功放电路如图题功放电路如图题8-8所示，试
25、问所示，试问(1)指出电路中的反馈通指出电路中的反馈通路，并判断反馈组态；路，并判断反馈组态；(2)估算电路在深度负反馈时的闭环估算电路在深度负反馈时的闭环电压增益；电压增益；(3)设晶体管的饱和压降为设晶体管的饱和压降为0.5V，电路的最大输，电路的最大输出功率为多少？晶体管的参数出功率为多少？晶体管的参数ICM、PCM、U(BR)CEO如何选取？如何选取？(4)如要求输出电压如要求输出电压Uom=8V，输入信号，输入信号Uim=？解：解：(1)100k、1 k电阻电阻构成了互补乙类功放电路和构成了互补乙类功放电路和运放构成的同相比例放大器运放构成的同相比例放大器之间的反馈通路。引入了级之间
26、的反馈通路。引入了级间电压串联负反馈。间电压串联负反馈。of11001UU (2)10111100iof UUAu49 W52485092121212L2CE(sat)CCL2omom.RUURUP 8.功放电路如图题功放电路如图题8-8所示，试问所示，试问(1)指出电路中的反馈通指出电路中的反馈通路，并判断反馈组态；路，并判断反馈组态；(2)估算电路在深度负反馈时的闭环估算电路在深度负反馈时的闭环电压增益；电压增益；(3)设晶体管的饱和压降为设晶体管的饱和压降为0.5V，电路的最大输，电路的最大输出功率为多少？晶体管的参数出功率为多少？晶体管的参数ICM、PCM、U(BR)CEO如何选取？如
27、何选取？(4)如要求输出电压如要求输出电压Uom=8V，输入信号，输入信号Uim=？解：解：(3)晶体管的参数应满足如下条件：晶体管的参数应满足如下条件：V5 .175 . 0182A06. 185 . 8W90. 052. 42 . 02 . 0CE(sat)CC(BR)CEOLCE(sat)CCLomCMomCM UUURUURUIPP508.功放电路如图题功放电路如图题8-8所示，试问所示，试问(1)指出电路中的反馈通指出电路中的反馈通路，并判断反馈组态；路，并判断反馈组态；(2)估算电路在深度负反馈时的闭环估算电路在深度负反馈时的闭环电压增益；电压增益；(3)设晶体管的饱和压降为设晶体管的饱和压降为0.5V，电路的最大输，电路的最大输出功率为多少？晶体管的参数出功率为多少？晶体管的参数ICM、PCM、U(BR)CEO如何选取？如何选取？(4)如要求输出电压如要求输出电压Uom=8V，输入信号，输入信号Uim=？解：解：(4)因为因为 V8,101omf UAumV2 .79V1018fomim uAUU所以：所以：
