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第九章 功率放大电路华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
第九章 功率放大电路
§ 9.1 概述
§ 9.2 互补输出级的分析计算华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
§ 9.1 概述一、功率放大电路研究的问题二、对功率放大电路的要求三、晶体管的工作方式四、功率放大电路的种类华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
1,性能指标,输出功率和效率。
若已知 Uom,则可得 Pom。
L
2
om
om R
UP?
最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。
2,分析方法,因大信号作用，故应采用图解法。
3,晶体管的选用,根据极限参数选择晶体管。
在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近最大集电极电流 ICM，管压降的最大值接近 c-e反向击穿电压 U(BR)CEO,集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率 PCM。称为工作在尽限状态。
一、功率放大电路研究的问题华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
二、对功率放大电路的要求
1.输出功率尽可能大,即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。
2,效率尽可能高,即电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为 0。
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三、晶体管的工作方式
1,甲类方式,晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
2,乙类方式,晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态
3,甲乙类方式,晶体管在信号的多半个周期处于导通状态华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
1,变压器耦合功率放大电路
① 输入信号增大，输出功率如何变化？
② 输入信号增大，管子的平均电流如何变化？
③ 输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？
四、功率放大电路的种类做功放适合吗？单管甲类电路为什么管压降会大于电源电压？
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乙类推挽电路信号的正半周 T1导通,T2截止；负半周 T2导通,T1截止。
两只管子交替工作，称为,推挽,。设 β为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
2
C E SCC
om
UVU
i B
BEu
0
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2,OTL 电路
＋
2
CC
EBI
VUUu静态时，
输入电压的正半周：
＋ VCC→T 1→ C→ RL→ 地
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的,＋” → T2→ 地 → RL→ C
,－” C 放电。
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
OTL电路低频特性差。
2
)2( C E SCC
om
UVU
因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用 OTL电路 。
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3,OCL电路输入电压的正半周：
＋ VCC→T 1→ RL→ 地输入电压的负半周：
地 → RL →T 2 → － VCC
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
2
C E SCC
om
UVU
＋
静态时,UEQ＝ UBQ＝ 0。
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4,BTL 电路输入电压的正半周：＋ VCC→ T 1 → RL→ T 4→ 地输入电压的负半周：＋ VCC→ T 2 → RL→ T 3→ 地
2
2 C E SCC
om
UVU
① 是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。
②管子多，损耗大，使效率低。
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几种 电路的比较变压器耦合乙类推挽,单电源供电,笨重，效率低，低频特性差。
OTL电路,单电源供电,低频特性差。
OCL电路,双电源供电,效率高，低频特性好。
BTL电路,单电源供电,低频特性好；双端输入双端输出。
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§ 9.2 互补输出级的分析计算一、输出功率二、效率三、晶体管的极限参数华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
然后求出电源的平均功率，
CCC ( A V )V VIP
效率
Vom PP
L
2
om
om R
UP?在已知 RL的情况下，先求出 Uom,则求解输出功率和效率的方法华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
一、输出功率
2
C E SCC
om
UVU
L
2
C ESCC
om 2
)(
R
UVP
数值较大不可忽略大功率管的 UCES常为 2~3V。
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二、效率
L
C E SCCCC
CC
π
0
L
C E SCC
V
)(
π
2
) d( s i n
π
1
R
UVV
tVt
R
UV
P
L
2
C ESCC
om 2
)(
R
UVP
CC
C E SCC
V
om
4
π
V
UV
P
P
电源电流华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
3,晶体管的极限参数
CM
L
CC
m a xC IR
Vi
C E O ( B R )CCm a xCE 2 UVu
tR tUtUVP d s i n) s i n(π2 1
L
OM π
0 OMCCT
PT对 UOM求导，并令其为 0，可得
CCCCOM 6.0π
2 VVU
在输出功率最大时，因管压降最小，
故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。
管子功耗与输出电压峰值的关系为管压降 发射极电流华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
L
2
2
CC
T m a x π R
VP?
0om0om2Tm a x
L
2
CC
omC E S C E SC E S 2.0π
2
20 UU PPPR
VPU,，则若因此，选择晶体管时，其极限参数
L
2
CC
m a xTCM
CCm a xCEC E O ( B R )
L
CC
m a xCCM
2
2.0
2
R
V
PP
VuU
R
V
iI
将 UOM代入 PT的表达式，可得华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
讨论一
3,最大输出功率和效率的表达式；
1,指出图中放大电路部分；
2,说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，
若 为交流负反馈则说明其反馈组态；
4,说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；
5,说明 D1～ D3和 RW的作用,C1～ C4的作用；
6,说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。
CC
om
L
2
om
om
L8
LC ESCC
om 4
π,
2
,
2 V
U
R
UP
RR
RUVU
u
u A
UU
U
UA
om
i
i
o,10
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讨论二,图示各电路属于哪种功放？
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讨论三,出现下列故障时，将产生什么现象?
1,R2短路；
2,R2断路；
3,D1短路；
4,D1断路；
5,T1集电极开路。
T2,T5的极限参数：
PCM＝ 1.5W,ICM＝ 600mA,UBR（ CEO） ＝ 40V。
故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！
功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！
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§ 9.1 概述
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§ 9.1 概述一、功率放大电路研究的问题二、对功率放大电路的要求三、晶体管的工作方式四、功率放大电路的种类华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
1,性能指标,输出功率和效率。
若已知 Uom,则可得 Pom。
L
2
om
om R
UP?
最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。
2,分析方法,因大信号作用，故应采用图解法。
3,晶体管的选用,根据极限参数选择晶体管。
在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近最大集电极电流 ICM，管压降的最大值接近 c-e反向击穿电压 U(BR)CEO,集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率 PCM。称为工作在尽限状态。
一、功率放大电路研究的问题华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
二、对功率放大电路的要求
1.输出功率尽可能大,即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。
2,效率尽可能高,即电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为 0。
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三、晶体管的工作方式
1,甲类方式,晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
2,乙类方式,晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态
3,甲乙类方式,晶体管在信号的多半个周期处于导通状态华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
1,变压器耦合功率放大电路
① 输入信号增大，输出功率如何变化？
② 输入信号增大，管子的平均电流如何变化？
③ 输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？
四、功率放大电路的种类做功放适合吗？单管甲类电路为什么管压降会大于电源电压？
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乙类推挽电路信号的正半周 T1导通,T2截止；负半周 T2导通,T1截止。
两只管子交替工作，称为,推挽,。设 β为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
2
C E SCC
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2,OTL 电路
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输入电压的正半周：
＋ VCC→T 1→ C→ RL→ 地
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的,＋” → T2→ 地 → RL→ C
,－” C 放电。
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
OTL电路低频特性差。
2
)2( C E SCC
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因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用 OTL电路 。
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3,OCL电路输入电压的正半周：
＋ VCC→T 1→ RL→ 地输入电压的负半周：
地 → RL →T 2 → － VCC
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
2
C E SCC
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静态时,UEQ＝ UBQ＝ 0。
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4,BTL 电路输入电压的正半周：＋ VCC→ T 1 → RL→ T 4→ 地输入电压的负半周：＋ VCC→ T 2 → RL→ T 3→ 地
2
2 C E SCC
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① 是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。
②管子多，损耗大，使效率低。
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几种 电路的比较变压器耦合乙类推挽,单电源供电,笨重，效率低，低频特性差。
OTL电路,单电源供电,低频特性差。
OCL电路,双电源供电,效率高，低频特性好。
BTL电路,单电源供电,低频特性好；双端输入双端输出。
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然后求出电源的平均功率，
CCC ( A V )V VIP
效率
Vom PP
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2
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UP?在已知 RL的情况下，先求出 Uom,则求解输出功率和效率的方法华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
一、输出功率
2
C E SCC
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数值较大不可忽略大功率管的 UCES常为 2~3V。
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二、效率
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电源电流华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
3,晶体管的极限参数
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在输出功率最大时，因管压降最小，
故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。
管子功耗与输出电压峰值的关系为管压降 发射极电流华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
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VPU,，则若因此，选择晶体管时，其极限参数
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将 UOM代入 PT的表达式，可得华成英 hchya@tsinghua.edu.cn
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3,最大输出功率和效率的表达式；
1,指出图中放大电路部分；
2,说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，
若 为交流负反馈则说明其反馈组态；
4,说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；
5,说明 D1～ D3和 RW的作用,C1～ C4的作用；
6,说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。
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讨论二,图示各电路属于哪种功放？
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讨论三,出现下列故障时，将产生什么现象?
1,R2短路；
2,R2断路；
3,D1短路；
4,D1断路；
5,T1集电极开路。
T2,T5的极限参数：
PCM＝ 1.5W,ICM＝ 600mA,UBR（ CEO） ＝ 40V。
故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！
功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！
