第 3 章 功率放大电路

前置级 最后级

电压放大回路 功率放大级

分析电路采用：图解分析法

对功放电路的要求：对功放电路的要求：

上页 下页 返回

非线性失真尽可能小非线性失真尽可能小效率 η 要高效率 η 要高输出功率 PO 尽可能大输出功率 PO 尽可能大

3.1 射击输出器的功率放大作用及工作状态

3.1.1 射击输出器的功率放大作用

1. 射击输出器的功率匹配

比较 : 共射级放大电路 射击输出器C oR r

1

Sbeo

Rrr

较小 较大

射击输出器的输出电阻小 , 可与低阻值负载功率匹配。

T

BR

LR

CCU

iuou

omomcmcem

om IUIU

P2

1

22

如图，电路与负载直接耦合 输出功率的最大值为

当 Q 位于负载线中央，则：

ComCC

om IIU

U ,2

CCCom IUP4

1

直流电源供给的功率： CCCE IUP 电路的效率： %2525.0

E

om

P

P

IICC(mA )(mA )

UUCECE(V)(V)O

Q

cici

ci

t

t

CEu

CEu

3.1.2 射级输出器的工作状态

1. 工作状态 : 甲类 乙类 甲乙类

2. 晶体管三种工作状态的优缺点

甲类优点 缺点

甲乙

类

乙类

信号不失真 管耗大 , 电路效率低

管耗低 , 电路效率高 信号严重失真

晶体管的三种工作状态：晶体管的三种工作状态： iC iC

iC

iC iC

uCE

uCE

uCEωt

ωt

ωt

甲类

乙类

甲乙类

iC

●

●Q

Q

Q●

上页 返回

甲类工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态 IC 较大，波形好 , 管耗大效率低。

乙类工作状态乙类工作状态晶体管只在输入信号

的半个周期内导通， 静态 IC=0 ，波形严重失真 , 管耗小效率高。

甲乙类工作状态甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态 IC 0 ，一般功放常采用。

要提高效率就要减小直流静态电流，让功率放大电路工作在乙类状态。

互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器 (Output TransformerlessOutput Transformerless) 电路，简称 OTL 电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容 (Output CapacitorlessOutput Capacitorless)) 电路，简称 OCL

电路。 OTL 电路采用单电源供电， OCL 电路采用双电源供电。

3.2 互补对称功率放大电路

1. 乙类互补对称功率放大电路

无输出电容放大电路 (OCL)

+

ouiu

1R

2RLR

1Bi

2Bi

1T

2T

EV

CCU

1Ci

2Ci2Bi

1Bi

iu

1Ci 2Ci

ou

t

t

t

t t

t

1. 静态分析1T

2T

特性参数及正、负电源电压完全对称即 CCCE UU 1 CCCE UU 20EV

1T 2T 时0iu 都截止两管均工作在乙类放大状态

0ou2. 动态分析

正半周 ,iu 1T 导通 , 截止 ,

2T

1co ii 2co ii iu 负半周 , 导通 , 截止 ,1T2T

ouou

正半周。

负半周。

ou 为完整的正弦波。

（ 3 ）输出功率及效率

的最大幅值L

cemcm RUI oi cemu; 的最大幅值

CCcem UU 忽略 CESU

L

CC

L

cemcemcmom

R

U

R

UUIP

222

1 22

输出最大功率

平均电流L

CCcmcmCO

R

UItIxI

sin

2

1

0

总共率（ 2 直流电源） L

CCCCCOE

R

UUIP

222

效率 %5.784

EP

Pom

2. 甲乙类互补对称功率放大电路

交越失真 : 在两管交替

工作前后都存在一个

输入特性的死区电压

而引起的截止工作区，

导致输出电压、电流

波形失真。

乙类放大的交越失真 乙类放大的交越失真 ui

uo

0.7V

－0.7V

O

O

ωt

ωt

上页

下页

返回

2. 甲乙类互补对称功率放大电路

上页 下页 返回

CCU

iu

BR

ER

LR1T

2T

3T

1D

2D

oi

+

oiou

t

t

t

t

0

0

0

0

iu

2ci

3ci

oi

消除交越失真的措施：加很小的直流偏压

CCU

CCU

例 4,24 LCC RVU tVui sin122

CCU

CCU

LR

1T

2T

2u ou

求：输入功率，输出功率，效率，每管功耗；解： VUim 17122

WR

UP

L

oo 1.36

42

17

2

22

AR

UI

Lom 25.4

4

171

输出功率

输出电流幅值

电源供给的电流

WR

UP

L

CCo 72

42

24

2

22

AII omCO 71.22

输入功率 WIUP COCCE 6571.224

WR

UP

L

CCo 72

42

24

2

22

WR

UP

L

CCE 7.91

4

2422 22

%5.55%10065

1.36

E

o

P

P效率

每管功耗

%5.78%1007.91

72

E

om

P

P

WPP

PoE

T 5.142

1.3665

2

WPP

PoE

T 85.92

727.91

2

若

V U UCC im24

3.3 3.3 OTLOTL 电路电路(1)(1) 特点特点

T1 、 T2 的特性一致；一个 NPN 型、一个 PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2) (2) 静态时静态时 ((ui= 0))

2 CC

C

Uu

2CC

A

UV

, IC1 0 ， IC2 0

OTL 原理电路

电容两端的电压电容两端的电压

RLuI

T1

T2

+UCC

CA

uo

+

+

-

+

-

RLui

T1

T2

Auo+ -

+

-

(3) (3) 动态动态时时 设输入端在 UCC/2 直流基础上加入正弦信号。

TT11 导通导通、、 TT22 截止截止；；同时给电容充电同时给电容充电

TT22 导通导通、、 TT11 截止截止；；电容放电，相当于电源电容放电，相当于电源

若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。

ic1

ic2

交流通路

uo

输入交流信号输入交流信号 uuii 的正半周的正半周

输入交流信号输入交流信号 uuii 的负半周的负半周

输出电压的幅值2

CCcem UU L

CCL

cemce RU

RUI 2

L

CCcemceom

R

UUIP

82

1 2

L

CCCC

L

CCCCCOE

R

UU

R

UUIP

22

2

%5.784

2

8 2

2

CC

L

L

CC

U

R

R

U

P

P

E

om

(4) (4) 交越失真交越失真 当输入信号 ui 为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。

交越失真产生的原因交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性， ui < 死区电压晶体管导通不好。

交越失真

　采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作　采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。

克服交越失真的措施克服交越失真的措施

ui

tOO

uo

tOO

R1

RLuI

T1

T2

+UCC

CA

uo

+

+

-

+

-R2

D1

D2

动态时，设动态时，设 uuii 加入加入正弦信号。正半周正弦信号。正半周 TT

2 2 截止，截止， TT11 基极电位基极电位进一步提高，进入良进一步提高，进入良好的导通状态。负半好的导通状态。负半周周 TT11 截止，截止， TT22 基极基极电位进一步降低，进电位进一步降低，进入良好的导通状态。入良好的导通状态。

静态时 T1 、 T2 两管发射结电压分别为二极管 D1 、D2 的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。

(5) (5) 克服交越失真的克服交越失真的电路电路

16.8.216.8.2 直接耦合直接耦合

直接耦合：直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。

+UCC

uo

RC2

T2

ui

RC1R1

T1

R2

––

+

+

RE2

2. 2. 零点漂移零点漂移零点漂移：零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。uo

tO

产生的原因：产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。

直接耦合存在的两个问题：直接耦合存在的两个问题：1. 前后级静态工作点相互影响

若由于温度的升高 若由于温度的升高 IIC1C1 增加 增加 1%1% ，试计算输出电，试计算输出电压压 UUoo 变化了多少？变化了多少？

已知： UZ=4V ， UBE=0.6V ， RC1

=3k ， RC2=500

， 1= 2=50

。温度升高前， I

C1=2.3mA ， Uo

=7.75V 。

IC1 = 2.31.01 mA = 2.323 mAUC1= UZ + UBE2 = 4 + 0.6 V = 4.6 V

mA147.0mA32.23

6.41212 1

CRB IIIC

例：例：

uZ–

+

+UCC

uo

RC2

T2

ui=0

RC1R1

T1

R2

––

+

+

R

DZ

已知： UZ=4V ， UBE=0.6V ， RC1

=3k ， RC2=500

， 1= 2=50

。温度升高前， I

C1=2.3mA ， Uo

=7.75V 。

例：例：

uZ–

+

+UCC

uo

RC2

T2

ui=0

RC1R1

T1

R2

––

+

+

R

DZ

mA147.0mA32.23

6.4121C2B

III RC1

IC2= 2• IC2 = 50 0.147mA = 7.35mA UUoo= 8.325= 8.325 －－ 7.75V = 0.575V7.75V = 0.575V 提高了提高了 7.42%7.42%

可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输可见，当输入信号为零时，由于温度的变化，输出电压发生了变化即有零点漂移现象。出电压发生了变化即有零点漂移现象。

零点漂移的危害：零点漂移的危害： 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。 严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。 一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。

uA

uu od

Id 输入端等效输入端等效

漂移电压漂移电压

输出端输出端漂移电压漂移电压

电压电压放大倍数放大倍数

只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。

由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。

通频带通频带f

|Au |

0.707| Auo |

OfH

| Auo |

幅频特性幅频特性

抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。

适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。