1
5 功率放大电路
5.1 功率放大电路的一般问题
5.2 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
*5.4 集成功率放大器
5.5 功率器件
甲乙类双电源互补对称电路
甲乙类单电源互补对称电路
√
√
√
2
多级放大电路
+
–
Vo RL
Io R s Ii
+
–
V s
+
–
V i
–
V i1
+
–
V o1
+
放大电路
–
V i2
+
–
V o2
+
放大电路
–
V i3
+
–
V o3
+
放大电路
R o1
–
+
R i1 A
V O 1 V i1
–
V i2
+
R o2
–
V o2
+
–
+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3
–
+
R i3 A
V O 3 V i3
输入级 —Ri? 中间放大级 —AV? 输出级 —Ro?
共集、共射 共射、共基 共集第 4章场效应管第 6.2节差分放大电路
2个信号相减第 5章功率放大电路直接耦合零漂Ri?
RL特别小第 6.1节电流源第 6章集成运算放大器性能改善 第 7章反馈技术、方法第 8,9,10章运算放大器应用各种功能电路
3
5.1 功率放大电路的一般问题
1,定义是一种以输出较大功率为目的的放大电路特殊工作场合：负载 RL特别小
2,几个特殊问题
(1) 性能指标
(2) 大信号（极限）状态
(3) 如何提高输出功率
3,放大器的工作状态乙类甲类 甲乙类 丙类
# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？
4
5.1 功率放大电路的一般问题
2,几个特殊问题
(1) 性能指标输出功率
22=
omom
ooo
IVIVP
L
2
om
L
2
om
L
2
o
o 2
)2/(
R
V
R
V
R
VP或：
效率
To
o
V
o ==
PP
P
P
P
(2) 大信号（极限）状态功放管的安全问题 （ ICM,PCM,V(BR)CEO）
分析方法：大信号模型,图解法 （ 求 Vom）
(3) 如何提高输出功率最大输出功率 Pomax=?
忽略输入功率
5
5.1 功率放大电路的一般问题
2,几个特殊问题
(3) 如何提高输出功率
22=
omom
ooo
IVIVP
TVo = PPP?
Vom?,IomPo?
电源功率 PV一定时,PTPo?（ 即提高效率 ）
ICM,PCM,V(BR)CEO
安全区域限制要求最佳负载
Q下移?PT效率但非线性失真严重
Vom?,IomPo?
6
5.1 功率放大电路的一般问题
3,放大器的工作状态乙类甲类甲乙类丙类导通角等于 180°
一个周期内均导通导通角大于 180°
导通角小于 180°
根据在正弦信号整个周期内的三极管导通情况,可分为几个工作状态：
7
5.2 乙类互补对称功率放大电路
1,电路组成及工作原理
2,分析计算（输出功率、效率）
3,功率 BJT的选择（安全问题）
8
(1) 互补：
(2) 对称：
vi = 0?vBE1 = vBE2 = 0? T1,T2截止
iO = 0,vO = 0
vi > 0?vBE1 = vBE2 > 0?T1导通,T2截止
iO = iE1,vO > 0
vi < 0?vBE1 = vBE2 < 0?T1截止,T2导通
iO = iE2,vO < 0
NPN,PNP特性相同（对管）
正、负电源相等也称为 OCL功率放大电路
5.2 乙类互补对称功率放大电路
1,电路组成及工作原理
9
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
最大不失真输出功率
L
2
CC
L
2
C E SCC
o m a x 22
)(
R
V
R
VVP
(3) 效率
T1o
o
To
o
V
o
2=== PP
P
PP
P
P
P
10
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(3) 效率
T1o
o
V
o
2== PP
P
P
P
管耗 PT 单个管子在半个周期内的管耗
)(d )(2 1=
0 L
o
oCCT1 tR
vvVPπ
π
)d( s i n)s i n(2 1
0 L
om
omCC tR
tVtVV π
π
)d( )s i ns i n(2 1
0
2
L
2
om
L
omCC tt
R
Vt
R
VV π
π
)4(1
2
omomCC
L
VVV
R
T2T1T = PPP )
4(
2 2omomCC
L
VVV
R
11
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(3) 效率
T1o
o
V
o
2== PP
P
P
P
管耗
)4(22=
2
omomCC
L
T1T
VVV
RPP
电源功率
ToV = PPP
L
omCC2
R
VV
2
L
2
CC
V m a x R
VP
效率?
CC
om
V
o
4= V
V
P
P
% 7 8,54m a x
12
5.2 乙类互补对称功率放大电路
3,功率 BJT的选择（安全问题）
因为
)4π(1
2
omomCC
L
T1
VVV
RP
当 ≈0.6VCC 时具有最大管耗
CCom π
2 VV?
≈0.2Pom
L
2
CC
2
L
2
CC
2T 1 m a x 2π
2
π
1
R
V
R
VP
最大 管耗 < PCM
要考虑 3个极限参数,PCM,ICM,V(BR)CEO
集电极最大电流 < ICM
最大管压降 < V(BR)CEO
0)42π(1 omCC
Lom
T1 VV
RdV
dP令：
13
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
14
实际测试波形
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
15
OCL电路消除交越失真的 OCL电路
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
16
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
1,静态偏置可克服交越失真
2,动态工作情况二极管等效为恒压模型
# 在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？
理想二极管设 T3已有合适的静态工作点
17
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
BE
2
21
CE VR
RRV
VBE可认为是定值
R1,R2不变时,VCE也是定值，可看作是一个直流电源
18
5.3.2 甲乙类单电源互补对称电路
1,静态偏置
2,动态工作情况调整 R1,R2阻值的大小，可使
CCK 2
1 VV?
此时电容上电压
CCC 2
1 VV?
# 在怎样的条件下，电容 C才可充当负电源的角色？
此电路存在的问题：
K点电位受到限制
19
3,带自举电路的单电源功放
end
自举电路自举电路静态时
CCK 2
1 VV?
C3充电后，
其两端有一固定电压动态时
C3充当一个电源
# 在怎样的条件下，电容 C3才能起到电源的作用？
20
)
4
2
1
(1
2
om
omCC
L
T1
VVV
R
P
)4(
1 2omomCC
L
1T
VVV
RP
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CC
om
V
o
4= V
V
P
P
CC
om
V
o
2
14
=
V
V
P
P
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
双电源互补对称电路 单电源互补对称电路
CCC E SCCo m m a x = VVVV
CCC E SCCo m m a x 2
1
2
1= VVVV
21
5 功率放大电路
基本要求
– 了解功放电路提高 输出功率 和 效率 的途径
– 了解 交越失真 的产生原因及微导通设置
– 掌握乙类、甲乙类 互补对称 功放电路的工作原理
– 掌握功放电路的分析计算方法
性能指标计算：输出功率、效率
功率管的选择,PCM,ICM,V(BR)CEO
双电源与单电源
5 功率放大电路
5.1 功率放大电路的一般问题
5.2 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
*5.4 集成功率放大器
5.5 功率器件
甲乙类双电源互补对称电路
甲乙类单电源互补对称电路
√
√
√
2
多级放大电路
+
–
Vo RL
Io R s Ii
+
–
V s
+
–
V i
–
V i1
+
–
V o1
+
放大电路
–
V i2
+
–
V o2
+
放大电路
–
V i3
+
–
V o3
+
放大电路
R o1
–
+
R i1 A
V O 1 V i1
–
V i2
+
R o2
–
V o2
+
–
+
R i2 A
V O 2 V i2
R o3
–
+
R i3 A
V O 3 V i3
输入级 —Ri? 中间放大级 —AV? 输出级 —Ro?
共集、共射 共射、共基 共集第 4章场效应管第 6.2节差分放大电路
2个信号相减第 5章功率放大电路直接耦合零漂Ri?
RL特别小第 6.1节电流源第 6章集成运算放大器性能改善 第 7章反馈技术、方法第 8,9,10章运算放大器应用各种功能电路
3
5.1 功率放大电路的一般问题
1,定义是一种以输出较大功率为目的的放大电路特殊工作场合：负载 RL特别小
2,几个特殊问题
(1) 性能指标
(2) 大信号（极限）状态
(3) 如何提高输出功率
3,放大器的工作状态乙类甲类 甲乙类 丙类
# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？
4
5.1 功率放大电路的一般问题
2,几个特殊问题
(1) 性能指标输出功率
22=
omom
ooo
IVIVP
L
2
om
L
2
om
L
2
o
o 2
)2/(
R
V
R
V
R
VP或：
效率
To
o
V
o ==
PP
P
P
P
(2) 大信号（极限）状态功放管的安全问题 （ ICM,PCM,V(BR)CEO）
分析方法：大信号模型,图解法 （ 求 Vom）
(3) 如何提高输出功率最大输出功率 Pomax=?
忽略输入功率
5
5.1 功率放大电路的一般问题
2,几个特殊问题
(3) 如何提高输出功率
22=
omom
ooo
IVIVP
TVo = PPP?
Vom?,IomPo?
电源功率 PV一定时,PTPo?（ 即提高效率 ）
ICM,PCM,V(BR)CEO
安全区域限制要求最佳负载
Q下移?PT效率但非线性失真严重
Vom?,IomPo?
6
5.1 功率放大电路的一般问题
3,放大器的工作状态乙类甲类甲乙类丙类导通角等于 180°
一个周期内均导通导通角大于 180°
导通角小于 180°
根据在正弦信号整个周期内的三极管导通情况,可分为几个工作状态：
7
5.2 乙类互补对称功率放大电路
1,电路组成及工作原理
2,分析计算（输出功率、效率）
3,功率 BJT的选择（安全问题）
8
(1) 互补：
(2) 对称：
vi = 0?vBE1 = vBE2 = 0? T1,T2截止
iO = 0,vO = 0
vi > 0?vBE1 = vBE2 > 0?T1导通,T2截止
iO = iE1,vO > 0
vi < 0?vBE1 = vBE2 < 0?T1截止,T2导通
iO = iE2,vO < 0
NPN,PNP特性相同（对管）
正、负电源相等也称为 OCL功率放大电路
5.2 乙类互补对称功率放大电路
1,电路组成及工作原理
9
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
最大不失真输出功率
L
2
CC
L
2
C E SCC
o m a x 22
)(
R
V
R
VVP
(3) 效率
T1o
o
To
o
V
o
2=== PP
P
PP
P
P
P
10
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(3) 效率
T1o
o
V
o
2== PP
P
P
P
管耗 PT 单个管子在半个周期内的管耗
)(d )(2 1=
0 L
o
oCCT1 tR
vvVPπ
π
)d( s i n)s i n(2 1
0 L
om
omCC tR
tVtVV π
π
)d( )s i ns i n(2 1
0
2
L
2
om
L
omCC tt
R
Vt
R
VV π
π
)4(1
2
omomCC
L
VVV
R
T2T1T = PPP )
4(
2 2omomCC
L
VVV
R
11
5.2 乙类互补对称功率放大电路
2,分析计算
(2) 输出功率
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CCC E SCCo m m a x = VVVV
(1) 图解分析 （ 求 Vom）
(3) 效率
T1o
o
V
o
2== PP
P
P
P
管耗
)4(22=
2
omomCC
L
T1T
VVV
RPP
电源功率
ToV = PPP
L
omCC2
R
VV
2
L
2
CC
V m a x R
VP
效率?
CC
om
V
o
4= V
V
P
P
% 7 8,54m a x
12
5.2 乙类互补对称功率放大电路
3,功率 BJT的选择（安全问题）
因为
)4π(1
2
omomCC
L
T1
VVV
RP
当 ≈0.6VCC 时具有最大管耗
CCom π
2 VV?
≈0.2Pom
L
2
CC
2
L
2
CC
2T 1 m a x 2π
2
π
1
R
V
R
VP
最大 管耗 < PCM
要考虑 3个极限参数,PCM,ICM,V(BR)CEO
集电极最大电流 < ICM
最大管压降 < V(BR)CEO
0)42π(1 omCC
Lom
T1 VV
RdV
dP令：
13
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
14
实际测试波形
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
15
OCL电路消除交越失真的 OCL电路
5.3 甲乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题
16
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
1,静态偏置可克服交越失真
2,动态工作情况二极管等效为恒压模型
# 在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？
理想二极管设 T3已有合适的静态工作点
17
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路
BE
2
21
CE VR
RRV
VBE可认为是定值
R1,R2不变时,VCE也是定值，可看作是一个直流电源
18
5.3.2 甲乙类单电源互补对称电路
1,静态偏置
2,动态工作情况调整 R1,R2阻值的大小，可使
CCK 2
1 VV?
此时电容上电压
CCC 2
1 VV?
# 在怎样的条件下，电容 C才可充当负电源的角色？
此电路存在的问题：
K点电位受到限制
19
3,带自举电路的单电源功放
end
自举电路自举电路静态时
CCK 2
1 VV?
C3充电后，
其两端有一固定电压动态时
C3充当一个电源
# 在怎样的条件下，电容 C3才能起到电源的作用？
20
)
4
2
1
(1
2
om
omCC
L
T1
VVV
R
P
)4(
1 2omomCC
L
1T
VVV
RP
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
CC
om
V
o
4= V
V
P
P
CC
om
V
o
2
14
=
V
V
P
P
L
2
om
L
omom
ooo 222= R
V
R
VVIVP?
双电源互补对称电路 单电源互补对称电路
CCC E SCCo m m a x = VVVV
CCC E SCCo m m a x 2
1
2
1= VVVV
21
5 功率放大电路
基本要求
– 了解功放电路提高 输出功率 和 效率 的途径
– 了解 交越失真 的产生原因及微导通设置
– 掌握乙类、甲乙类 互补对称 功放电路的工作原理
– 掌握功放电路的分析计算方法
性能指标计算：输出功率、效率
功率管的选择,PCM,ICM,V(BR)CEO
双电源与单电源
