2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 1
第 9章 功率电路及系统
9— 1 功率放大器
9—1—1功率放大器的特点及工作状态分类一,特点二,工作状态分类
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
1,负载得到的交流功率 PL
2.电源供出功率 PE
3,管子功耗 PC
4,转换能量的效率 η
9—1—2 甲类 (A类 )功率放大器一,电路二,功率与效率的计算
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
9—1—3 互补跟随乙类 (B类 )功率放大器一,双电源互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
1.电路
2,功率与效率的计算
1)输出交流功率 PL
2)电源提供的功率
3)每管转换能量的效率 η
4)每个管子损耗 PC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
3.选择功率管
(1)已知 PLm及 RL,选 UCC
(2)已知 PLm,选择管子允许的最大功耗 PCM
(3)管子的击穿电压 U(BR)CEO
(4)管子允许的最大电流 ICM
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
第 9章 功率电路及系统
（ 1）了解功率放大电路的类型及特点。
（ 2）了解功率放大电路最大输出功率和转换效率的分析方法。
（ 3）掌握乙类推挽功率放大器的电路组成、工作原理、分析方法和性能特点。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
9— 1 功率放大器
9—1—1功率放大器的特点及工作状态分类一,特点
(1) 给负载提供 不失真的,足够大的功率。
(3) 分析方法以 图解法 为主 。
(2) 大信号工作。
以提供给负载足够大的功率为主要目标的放大器。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 7
(4) 提高效率成为重要的关注点 。
(5)非线性失真与其他交流指标间的矛盾突出 。
在效率高,非线性失真小,安全工作的前提下,
向负载提供足够大的功率 。
对功率放大器的要求
(6) 功率器件的安全问题必须考虑 。
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i
C
t
0
i
C
u
BE
Q
0
图 9—1放大器的工作状态分类
(a)A类 (导通角为 360° )
非线性失真小,但能量转换效率太低 。
%50
理想情况下
信号在 360° 内变化，
管子均导通。
二,工作状态分类
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 9
i
C
t
0
i
C
u
BE
Q
( b )
π 2π 0
(b)B类 (导通角为 180° )
图 9—1放大器的工作状态分类
非线性失真大,但能量转换效率很高 。 可通过改进电路结构,减小非线性失真 。
%5.784
理想情况下
工作点 Q选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。
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i
C
t
0
i
C
u
BE
Q
( c )
π
0
(c)C类 (导通角＜ 180° )
图 9—1放大器的工作状态分类
主要用于高频功放中 。
进一步提高能量转换效率 。
工作点 Q选在截止点下面
，信号导通角小于 180°
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U
CC
R
L
R
L
′
N
1
∶ N
2
R
B
V
＋
C
B
u
i
( a )
图 9—2(a)甲类功放电路
LL RnR
2
9—1—2 甲类 (A类 )功率放大器一,电路变压器耦合,在 ICQ一定时,通过调整 变压比,使负载获得最大功率 。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 12
i
C
t
0
I
C Q
I
C Q
I
C Q
u
CE
i
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CE
t
0
0
U
CE Q
U
C
U
CC
( b )
Q
直流负载线交流负载线
i
B
1
R
L
′
－
I
C
图 9—2(b)甲类功放电路的交,直流负载线
m
m
cmcmL IUP 2
1
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L
cm
cmcm
cmcm
T
L
R
U
IU
td tItU
T
P
2
0
2
1
2
1
s ins in
1
CQcmCCcm IIUU ( m a x )( m a x ),
最佳负载情况下：
CQCCLm IUP 2
1
1,负载得到的交流功率 PL
设变压器效率 ηT=1,则,即
LL RRL PPP
二,功率与效率的计算
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
2.电源供出功率 PE
CQCC
T
cmCQCCE
IU
dttIIU
T
P
0
)s i n(
1
PE固定不变,与交流信号的大小或有无均无关 。
U
CC
R
L
R
L
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N
1
∶ N
2
R
B
V
＋
C
B
u
i
( a )
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3,管子功耗 PC
LEC PPP
4,转换能量的效率 η
CQCC
cmcm
E
L
IU
IU
P
P
2
1
当 Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ时,效率达到最高
%50
2
1
m?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 16
9—1—3 互补跟随乙类 (B类 )功率放大器
OTL,OCL,BTL,变压器耦合式等 。
OTL,Output transformerless
OCL,Output capacitorless
BTL,Balanced transformerless（ 桥式推挽电路 ）
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u
i
V
1
V
2
V
0
V D
1
V D
2
I
CO
i
C1
i
C2
U
CC
u
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－ U
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0
u
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L
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C1
i
C2
图 9— 3 互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
21 CEEECCCE uUUu
0cu
1ci
2ci
0cu
一,双电源互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
1.电路
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1Ci
1BEu
2Ci
2BEu
图 9-3-1 OCL电路中晶体管输入回路工作示意图
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2,功率与效率的计算
0
I
c m ( m a x )
u
CE 1
i
C1
0
U
c e m ( m a x )
( a )
T
2
Q
(0,U
CC
)
U
CC
R
L
U
cem
I
cm
图 9—4互补跟随乙类功放负载线及工作点
(a)单管负载线； (b)双管负载线
LCCCCE RiUu 11
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LCEECE RiUu 22
0
i C2
u CE 2
Q (0,-U EE )
U EE
RL
uCE1
iC1
0
Ucem(max)
Q
(0,UCC)
UCC
RL
图 9—4—1 互补跟随乙类功放单管负载线及工作点
LCCCCE RiUu 11
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图 9—4互补跟随乙类功放负载线及工作点
(a)单管负载线； (b)双管负载线
t
0
i
C1
i
C2
0
i
C1
i
C2
u
C E 1
Q ( 0,U
CC
)
u
ce1
( b )
i
C
21 CEEECCCE uUUu
乙类互补功率放大电路波形的合成,avi
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1)输出交流功率 PL
L
om
c e mcmomlmL R
U
UIUIP
2
2
1
2
1
2
1
V1,V2为半周工作，但负载电流却是 完整的正弦波 。
u
i
V
1
V
2
V
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V D
1
V D
2
I
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i
C1
i
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－ U
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0
u
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R
L
i
C1
i
C2
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信号增大,Uom增大,电压利用率也增大 。 若忽略集电极饱和电压,则最大 ξ=1,故
L
CC
Lm R
U
P
2
2
1
L
CC
L R
U
P
22
2
1?
令 称之为电压利用系数,那么
CC
om
U
U
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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,iC增大,电源提供的功率也将随之增大 。 这点与 A类功放有本质的差别 。
2)电源提供的功率
u
i
V
1
V
2
V
0
V D
1
V D
2
I
CO
i
C1
i
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U
CC
u
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0
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R
L
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C1
i
C2
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L
CC
Em R
UP 22
当信号最大时,Uom(max)≈UCC，所以
L
omCCcm
CC
mc
EE
mc
CC
R
UUI
U
I
U
I
U
2
2
21
PE=UCC·(iC1的直流分量 )+|UEE|·(iC2的直流分量 )
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3)每管转换能量的效率 η
442
2
1
2
2
2
CC
om
L
omCC
L
om
E
L
E
L
U
U
R
UU
R
U
P
P
P
P
当信号最大,ξ=1时，效率达到最高：
%5.78
4
m
B类的效率远比 A类的高。 信号越大，效率越高。
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4)每个管子损耗 PC
L
om
L
omCCLE
C R
U
R
UUPP
P
2
4
1
22
可见,每个管子的损耗 PC是输出信号振幅的函数 。
将 PC对 Uom求导,可得出最大管耗 PCm。 令
0)
2
1(1
om
CC
Lom
C UU
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dP
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2.0
2
2
1
1
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2
2
L
CC
L
CC
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Cm
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P
L
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CC
L
Cm R
U
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R
P
2
2
2 1])2(
4
12[1
得出，当 时，每管的损耗最大：
CCom UU?
2?
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3.选择功率管
(1)已知 PLm及 RL,选 UCC,则
LLmCC
L
CC
Lm
RPU
R
U
P
2
2
1
2
(2)已知 PLm,选择管子允许的最大功耗 PCM。
管子允许的最大功耗
LmCmCM PPP 2.0
例如要求最大输出功率为 10W时则只要选用两个额定管耗大于 2W的管子就可以了。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
(3)管子的击穿电压 U(BR)CEO。
CCC E OBR UU 2)(?
u
i
V
1
V
2
V
0
V D
1
V D
2
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i
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(4)管子允许的最大电流 ICM。
L
CC
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U
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u
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i
C2
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作 业
9-1 9-2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
功率放大器也可称为多级放大器的功率输出级。
电压放大器：
一般电压放大器为小信号放大器；
以获得电压增益为主；
主要考虑通频带等参数；
功率放大器：
为大信号放大器（单级）；
以获得功率增益为主（大电压大电流）；
主要考虑输出功率，非线性失真，安全保护等参数；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
几种类型的比较甲类,效率低，管耗较大（无信号时，有直流功耗 ICQ ）
单管全波波形。
乙类,效率高，有非线性失真（交越失真），只有半波，
需两管推挽获得全波波形。
甲乙类,效率较高，分析同乙类，但可改善非线性失真（ Q
点升高）。
丙类,效率高，但需要滤波网络方可取出基波波形。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
U
o m
/ U
C C
10,6 4
P
L
/ 2
P
E
/ 2
P
C
P
O
第 9章 功率电路及系统
9— 1 功率放大器
9—1—1功率放大器的特点及工作状态分类一,特点二,工作状态分类
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 2
1,负载得到的交流功率 PL
2.电源供出功率 PE
3,管子功耗 PC
4,转换能量的效率 η
9—1—2 甲类 (A类 )功率放大器一,电路二,功率与效率的计算
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 3
9—1—3 互补跟随乙类 (B类 )功率放大器一,双电源互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
1.电路
2,功率与效率的计算
1)输出交流功率 PL
2)电源提供的功率
3)每管转换能量的效率 η
4)每个管子损耗 PC
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 4
3.选择功率管
(1)已知 PLm及 RL,选 UCC
(2)已知 PLm,选择管子允许的最大功耗 PCM
(3)管子的击穿电压 U(BR)CEO
(4)管子允许的最大电流 ICM
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 5
第 9章 功率电路及系统
（ 1）了解功率放大电路的类型及特点。
（ 2）了解功率放大电路最大输出功率和转换效率的分析方法。
（ 3）掌握乙类推挽功率放大器的电路组成、工作原理、分析方法和性能特点。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 6
9— 1 功率放大器
9—1—1功率放大器的特点及工作状态分类一,特点
(1) 给负载提供 不失真的,足够大的功率。
(3) 分析方法以 图解法 为主 。
(2) 大信号工作。
以提供给负载足够大的功率为主要目标的放大器。
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(4) 提高效率成为重要的关注点 。
(5)非线性失真与其他交流指标间的矛盾突出 。
在效率高,非线性失真小,安全工作的前提下,
向负载提供足够大的功率 。
对功率放大器的要求
(6) 功率器件的安全问题必须考虑 。
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i
C
t
0
i
C
u
BE
Q
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图 9—1放大器的工作状态分类
(a)A类 (导通角为 360° )
非线性失真小,但能量转换效率太低 。
%50
理想情况下
信号在 360° 内变化，
管子均导通。
二,工作状态分类
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i
C
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i
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BE
Q
( b )
π 2π 0
(b)B类 (导通角为 180° )
图 9—1放大器的工作状态分类
非线性失真大,但能量转换效率很高 。 可通过改进电路结构,减小非线性失真 。
%5.784
理想情况下
工作点 Q选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止。
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i
C
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i
C
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BE
Q
( c )
π
0
(c)C类 (导通角＜ 180° )
图 9—1放大器的工作状态分类
主要用于高频功放中 。
进一步提高能量转换效率 。
工作点 Q选在截止点下面
，信号导通角小于 180°
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U
CC
R
L
R
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C
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图 9—2(a)甲类功放电路
LL RnR
2
9—1—2 甲类 (A类 )功率放大器一,电路变压器耦合,在 ICQ一定时,通过调整 变压比,使负载获得最大功率 。
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图 9—2(b)甲类功放电路的交,直流负载线
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L
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CQcmCCcm IIUU ( m a x )( m a x ),
最佳负载情况下：
CQCCLm IUP 2
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1,负载得到的交流功率 PL
设变压器效率 ηT=1,则,即
LL RRL PPP
二,功率与效率的计算
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 14
2.电源供出功率 PE
CQCC
T
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1
PE固定不变,与交流信号的大小或有无均无关 。
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3,管子功耗 PC
LEC PPP
4,转换能量的效率 η
CQCC
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E
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当 Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ时,效率达到最高
%50
2
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9—1—3 互补跟随乙类 (B类 )功率放大器
OTL,OCL,BTL,变压器耦合式等 。
OTL,Output transformerless
OCL,Output capacitorless
BTL,Balanced transformerless（ 桥式推挽电路 ）
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u
i
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1
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1
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图 9— 3 互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
21 CEEECCCE uUUu
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一,双电源互补跟随乙类功率放大器 (OCL电路 )
1.电路
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1Ci
1BEu
2Ci
2BEu
图 9-3-1 OCL电路中晶体管输入回路工作示意图
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 19
2,功率与效率的计算
0
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图 9—4互补跟随乙类功放负载线及工作点
(a)单管负载线； (b)双管负载线
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图 9—4—1 互补跟随乙类功放单管负载线及工作点
LCCCCE RiUu 11
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图 9—4互补跟随乙类功放负载线及工作点
(a)单管负载线； (b)双管负载线
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乙类互补功率放大电路波形的合成,avi
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1)输出交流功率 PL
L
om
c e mcmomlmL R
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UIUIP
2
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V1,V2为半周工作，但负载电流却是 完整的正弦波 。
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信号增大,Uom增大,电压利用率也增大 。 若忽略集电极饱和电压,则最大 ξ=1,故
L
CC
Lm R
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令 称之为电压利用系数,那么
CC
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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,iC增大,电源提供的功率也将随之增大 。 这点与 A类功放有本质的差别 。
2)电源提供的功率
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当信号最大时,Uom(max)≈UCC，所以
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CC
mc
EE
mc
CC
R
UUI
U
I
U
I
U
2
2
21
PE=UCC·(iC1的直流分量 )+|UEE|·(iC2的直流分量 )
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 26
3)每管转换能量的效率 η
442
2
1
2
2
2
CC
om
L
omCC
L
om
E
L
E
L
U
U
R
UU
R
U
P
P
P
P
当信号最大,ξ=1时，效率达到最高：
%5.78
4
m
B类的效率远比 A类的高。 信号越大，效率越高。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 27
4)每个管子损耗 PC
L
om
L
omCCLE
C R
U
R
UUPP
P
2
4
1
22
可见,每个管子的损耗 PC是输出信号振幅的函数 。
将 PC对 Uom求导,可得出最大管耗 PCm。 令
0)
2
1(1
om
CC
Lom
C UU
RdU
dP
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 28
2.0
2
2
1
1
22
2
2
L
CC
L
CC
Lm
Cm
R
U
R
U
P
P
L
CC
CCCC
CC
L
Cm R
U
UUU
R
P
2
2
2 1])2(
4
12[1
得出，当 时，每管的损耗最大：
CCom UU?
2?
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 29
3.选择功率管
(1)已知 PLm及 RL,选 UCC,则
LLmCC
L
CC
Lm
RPU
R
U
P
2
2
1
2
(2)已知 PLm,选择管子允许的最大功耗 PCM。
管子允许的最大功耗
LmCmCM PPP 2.0
例如要求最大输出功率为 10W时则只要选用两个额定管耗大于 2W的管子就可以了。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 30
(3)管子的击穿电压 U(BR)CEO。
CCC E OBR UU 2)(?
u
i
V
1
V
2
V
0
V D
1
V D
2
I
CO
i
C1
i
C2
U
CC
u
o
－ U
EE
0
u
o
R
L
i
C1
i
C2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 31
(4)管子允许的最大电流 ICM。
L
CC
cmCM R
U
II
u
i
V
1
V
2
V
0
V D
1
V D
2
I
CO
i
C1
i
C2
U
CC
u
o
－ U
EE
0
u
o
R
L
i
C1
i
C2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 32
作 业
9-1 9-2
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 33
功率放大器也可称为多级放大器的功率输出级。
电压放大器：
一般电压放大器为小信号放大器；
以获得电压增益为主；
主要考虑通频带等参数；
功率放大器：
为大信号放大器（单级）；
以获得功率增益为主（大电压大电流）；
主要考虑输出功率，非线性失真，安全保护等参数；
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 34
几种类型的比较甲类,效率低，管耗较大（无信号时，有直流功耗 ICQ ）
单管全波波形。
乙类,效率高，有非线性失真（交越失真），只有半波，
需两管推挽获得全波波形。
甲乙类,效率较高，分析同乙类，但可改善非线性失真（ Q
点升高）。
丙类,效率高，但需要滤波网络方可取出基波波形。
2009年 7月 30日星期四 模拟电子技术 35
U
o m
/ U
C C
10,6 4
P
L
/ 2
P
E
/ 2
P
C
P
O
