第六章（输出级和功率放大器）
6.1已知电路如图P9.2所示，T 1和T 2管的饱和管压降=3V ，V CC =15V ，R L =8Ω， 。
选择正确答案填入空内
(1)电路中D 1和D 2的作用是消除 (C )。
A.饱和失真
B.截止失真
C.交越失真
2)静态时，晶体管发射极电位U EQ ( B )。
A.>0
B.=0
C.<0
(3)最大输出功率P OM ( C )。图P6.1
A.≈28W B .=18W C.=9W
(4)当输入为正弦波时，若R 1虚焊，即开路，则输出电压 (下管可能因饱和而烧坏 )。
A.为正弦波
B.仅有正半波
C.仅有负半波
(5)若D 1虚焊，则T 1管( A 、B )。
A.可能因功耗过大而烧坏
B.始终饱和
C.始终截止
6.2 电路如图P6.1所示。在出现下列故障时，分别产生什么现象？
（1）R 1开路；（2）D 1开路；（3）R 2开路；
（4）T 1集电极开路；（5）R 1短路；（6）D 1短路
解：（1）R 1开路：T 1截止，T 2可能因饱和而烧毁。
（2）D 1开路：T 1、T 2都可能因饱和而先后被烧毁。
（3）R 2开路： T 2截止，T 1可能因饱和而烧毁。
（4）T 1集电极开路：T 1不工作，u O 只有负半周。
（5）R 1短路：T 1可能因饱和而被烧毁，负载电阻也不安全。
（6）D 1短路：会出现交越失真。
6.3 在图P6.1所示电路中，已知V CC =16V ，R L =4Ω，T 1和T 2管的饱和压降=2V ，输入电压足够大。试问：
(1)最大输出功率P om 和效率η各为多少？
(2)晶体管的最大功耗P Tmax 为多少？
(3)为了使输出功率达到P om ，输入电压的有效值约为多少？
6.4在图P6.4所示电路中，已知V CC =15V ，T 1和T 2管的饱和压降=2V ，输入电压足够大。求解：
(1)最大不失真输出电压的有效值；
(2)负载电阻R L 上电流的最大值；
(3)最大输出功率P om 和效率η。
CES U CES U CES U
图P6.4
解：(1)最大输出功率和效率分别为
2
()24.52CC CES om L
V U P W R -==，69.8%4CC
CES CC V U V πη-=?≈ (2)晶体管的最大功耗
2max
0.20.2 6.42CC T om L V P P W R ?≈== (3)输出功率为P om 时的输入电压有效值
9.9i om U U V ≈≈
≈ 6.5在图P6.4所示电路中，R 4和R 5可起短路保护作用。试问：当输出因故障而短路时，晶体管的最大集电极电流和功耗各为多少？
解：当输出短路时，功放管的最大集电极电流和功耗分别为
max 426CC CES C V U i A R -=≈；2max 24
45.6CC T V P W R π=≈。
6.6比较图P6.6所示两个电路，分别说明它们是如何消除交越失真和如何实现过流保护的。
(a) (b)
图P6.6
解：在图(a)所示电路中，D l 、D 2使T 2、T 3 微导通，可消除交越失真。R 为电流采样电阻，D 3对T 2起过流保护。当T 2导通时，321D BE O D u u i R u =+-, 未过流时O i R 较小，因3D u 小于开启电压使D 3 截止；过流时因3D u 大于开启电压使D 3导通，为T 2基极分流。D 4对T 4起过流保
护，原因与上述相同。
在图(b)所示电路中，T 4 、T 5使T 2、T 3微导通，可消除交越失真。R 2为电流采样电阻，T 6 对T 2起过流保护。当T 2导通时，62BE O u i R ，未过流时2O i R 较小，因6BE u 小于开启电压使T 6截止；过流时因6BE u 大于开启电压使T 6导通，为T 2基极分流。T 7对T 3起过流保护，原因与上述相同。
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低频功率放大器（2015.10.31） （陈其纯《电子线路》第7章：P104） 高考要求： 1、了解低频功率放大器的应用、基本要求和分类。 2、能识读典型OTL 、OCL 功率放大器电路，掌握其最大输出功率的计算。 引言：本质上三极管放大器都是功率放大器；本章学习的功率放大器是指供给最终负载较大信号功率的电路，以推动执行机构工作。如控制电动机的转动，驱动扬声器使之发声，令继电器动作等； 能使低频信号功率放大的放大器，称为低频功率放大器，简称功放。功放电路中的主要器件-----三极管又简称功放管，往往工作在线性应用的极限状态。 一、低频功率放大器的要求与分类 功率放大器与电压放大器，由于工作任务的不同是有区别的。 电压放大器的主要任务是把微弱的信号电压进行放大，一般输入及输出的电压和电流都较小，是小信号放大器．．．．．． 。它消耗能量少，信号失真小，输出信号的功率小。 功率放大器的主要任务是输出大的信号功率，它的输入、输出电压和电流都较大，是大信号放大器．．．．．． 。它消耗能量多，信号容易失真，输出信号的功率大。因此，研究功率放大器电路时应特别注意效率、输出功率、信号失真及三极管的功耗等问题。 ★★★功率放大器的基本要求： 1、有足够的输出功率： 功率放大器提供给负载的信号功率称为输出功率000P I U =；最大输出功率0m P 是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。为了获得最大的输出功率，功放管往往接近极限工作状态。 2、效率高： 功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率η；即 0=E P P η×100％ 在功率放大器中，直流电源的能量转换成交流电能传送给负载的过程中，一部分能量会损耗在电路元器件和功放管的集电极上。一般地，功放电路输出功率越大，电源消耗的直流功率也就越多。因此，必须考虑在输出功率一定的情况下，尽可能减小直流电源的消耗，即提高电路的功率。 3、较小的非线性失真： 处在大信号工作状态的功率放大器，由于电压、电流幅度大，一旦进入截止和饱和区，不可避免地会产生非线性失真。因此，必须将功率放大器的非线性失真限制在允许
第7章低频功率放大器 本章重点 1．了解功率放大电路的任务、特点和要求。 2．理解无输出变压器功率放大电路(OCL、OTL)的组成和工作原理。 3．掌握OCL、OTL电路的分析方法；P om、P G、P CM的估算和功率管的选管条件。4．理解典型集成功率放大电路。 5．了解功率管的安全使用知识。 本章难点 1．功率放大器工作原理及性能特点。 2．P om、P CM的估算方法和功率管的选管条件。 学时分配 7.1 低频功率放大器概述 7.1.1低频功率放大器及其要求 低频功率放大器：向负载提供足够大低频信号功率的放大电路。 对功放的要求：信号失真小；有足够的输出功率；效率高；散热性能好。 7.1.2 低频功率放大器的分类 动画低频功率放大器的分类 一、以晶体管的静态工作点位置分类
1．甲类功放：Q点在交流负载线的中点，如图7.1.1(a)所示。 电路特点：输出波形无失真，但静态电流大，效率低。 2．乙类功放：Q点在交流负载线和I B = 0输出特性曲线交点，如图7.1.1(b)所示。 电路特点：输出波形失真大，但静态电流几乎等于零，效率高。 3．甲乙类功放：Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，如图7.1.1(c)所示。 电路特点：输出波形失真大，静态电流较小，效率较高。 图7.1.1 三种工作状态 二、以功率放大器输出端特点分类 1．有输出变压器功放电路。 2．无输出变压器功放电路(OTL功放电路)。 3．无输出电容功放电路(OCL功放电路)。 4．桥接无输出变压器功放电路(BTL功放电路)。 7.2单管功率放大器 7.2.1 电路组成及工作原理 一、电路组成 图7.2.1所示。V为功率放大管，R b1、R b2和R e为分压式电流负反馈偏置电路，C e为射极旁路电容，R L为负载电阻，T1和T2为输入、输出变压器，统称为耦合变压器。 耦合变压器的作用，一是隔断直流耦合交流信号， 二是阻抗变换，使功率管获得最佳负载电阻R L'，以便 向负载R L提供最大功率。 最佳负载电阻为 L 2 L R n R= ' 式中， 2 1 N N n=是变压器的匝数比。合理选择n，可得管 子最佳负载电阻R L'。 [例7.2.1]设图7.2.1中，负载R L = 8 Ω，晶体管集电极输出功率Pο= 140 mW，集电极 图7.2.1 单管变压器耦合功放电路
·137· 第5章 功率放大电路 功率放大电路(简称功放电路)通常位于多级放大电路的最后一级，其任务是将前级电路放大后的电压信号再进行功率放大，以输出足够的功率推动执行机构工作，如扬声器发声、电动机旋转、继电器动作、仪表指针偏转及电子束扫描等。功率放大电路的电路独特、类型众多，本章将专门介绍。 5.1 功率放大电路的特点与类型 5.1.1 功率放大电路的特点 第2章介绍的基本放大电路，虽然也有功率放大，但不能称为功率放大电路。因为这些放大电路一般位于多级放大电路的前级，故又称为前置放大电路，通常对小信号或微弱信号进行放大，研究的主要技术指标是电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及频率特性等。 功率放大电路位于多级放大电路的最后一级，其特点是大信号放大，电路工作电压高、电流大。所以对功率放大电路有特殊的要求。 1．输出功率要足够大 输出功率主要是用来衡量末级功率放大的带负载能力的技术指标。在分析功率放大电路时，通常输入单一频率的正弦波信号，功率放大电路的输出功率为 o om om 1 2P U I == (5.1) 式中，om U 和om I 分别是负载上的正弦波电压和电流的峰值。 在音响系统中，有最大输出功率、不失真输出功率和额定输出功率等技术指标。 (1)最大输出功率 最大输出功率是指不考虑失真时，功率放大电路能够输出的最大功率。该项技术指标的实用价值不大。 (2)不失真输出功率 不失真输出功率是指非线性失真不大于10%的情况下，功率放大电路实际能够输出的功率。该项技术指标常用。 (3)额定输出功率 额定输出功率又称标称功率，它是指应该达到的最低限度(由厂家自定的失真度，一般为1%～3%)的不失真输出功率。 2．效率要高 功率放大电路将电源的直流功率转换成交流功率输出。功率放大电路向负载输出的交流信号功率与从电源吸收的直流功率之比，称为效率，用η 表示。一般表示为 o DC 100%P P η=? (5.2) 式中，o P 为交流信号功率，DC P 为电源提供的直流功率。
烟台南山学院 模拟电子技术课程设计题目OCL功率放大器的设计 姓名：王慧强 所在学院：工学院电气与电子工程系 所学专业：电气工程及其自动化 班级电气工程1403 学号201402013026 指导教师：王选诚 完成时间：二零一五年十二月
摘要 OCL功率放大器不仅能够放大普通信号，还能够放大一些极其微弱的信号。音频功率放大器是音响系统中不可或缺的部分，其主要任务是将音频信号放大到足以推动外接负载，如扬声器、音响等。 OCL功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽，保真度高。动态特性好及易于集成化等特点。OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容。采用双端电源供电，使用负电源，在电压不太高的情况下，也能获得比较大的输出功率，省去了输出端的耦合电容。使放大器低频特性得到扩展。OCL功率放大电路也是定压式输出电路，由于电路性能比较好，所以广泛的应用在高保真扩音设备中。性能优良的集成功率放大器给电子电路的功放级的调试带来了极大的方便。本次课程设计主要采用分立元件电路法进行设计。分别设计直流稳压电源，前置放大电路以及功率放大电路。其中前置放大电路采用差分式放大电路。 关键词：OCL功率放大器功率放大器无输出电容功率放大电路
第1章绪论 (4) 1.1 ocl 功率放大器的意义..................................................................................... (4) 1.2 ocl功率放大器的设计要求及参数 (4) 1.3 设计方案 (4) 第2章 OCL功率放大器各单元电路设计 (3) 2.1 直流稳压电源设计 (3) 2.2 前置放大级设计 (3) 2.3 功率放大电路设计 (5) 第3章 OCL功率放大器整体电路设计 (7) 3.1 整体电路图及工作原理 (7) 3.2 电路参数计算 (7) 3.2.1 确定电源电压参数 (8) 3.2.2确定功率输出管的参数 (8) 3.2.3 复合管的参数选择 (9) 3.2.4 前置放大电路部分 (9) 3.2.5 部分重要电阻的参数选择 (10) 3.3 整体电路性能分析 (10) 第4章总结 (11) 参考文献 (12)
功率放大器设计与仿真 1、绪论 功率放大器(简称功放)的作用是给音频放大器的负载R L(扬声器)提供一定的输出功率。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能地小，效率尽可能高。 OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容的功率放大器。采用了两组电源供电，使用了正负电源。在输入电压不太高的情况下，也能获得较大的输出频率。省去了输出端的耦合电容，使放大器的频率特性得到扩展。OCL 功率放大器是一种直接耦合的功率放大器，它具有频响宽、保真度高、动态特性好及易于集成化等特点。性能优良的集成功率放大器给电子电路功放级的调试带来了极大的方便。集成功率放大电路还具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，因此在收音机、电视机、扩音器、伺服放大电路中也得到了广泛的应用。 功率放大器可分为三种工作状态：(1)甲类工作状态Q点在交流负载的中点，输出的是一种没有削波失真的完整信号，但效率较低。(2)乙类工作状态Q点在交流负载线和IB=0输出特性曲线的交界处，放大器只有半波输出，存在严重的失真。 (3)甲乙类工作状态Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，克服了乙类互补电路产生交越失真，提高了效率。 因此，本设计可采用甲乙类互补电路。
2、内容摘要 本设计中要求用运放作为电压推动级，电流放大器为ocl电路。在输入电压增益为40DB时，负载电阻R L等于8Ω的条件下最大输出不失真功率P o≥2W，并测出输入信号为1kz，200mv正弦波信号。 功率放大电路实质上是能量转换电路，它主要要求输出功率尽可能大，效率尽可能的高，非线性失真尽可能要小，功率器件的散热较好。 本设计选用的是双电源供电的OCL互补推挽对称功放电路。 此推挽功率放大器的工作状态为甲乙类，其目的是为了减少“交越失真”。 由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一很小的静态工作电流I CQ。这样，便可克服管子的死区电压，使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服了交越失真。 OCL互补推挽对称功放电路一般包括驱动级和功率输出级，前者为后者提供一定的电压幅度，后者则向负载提供足够的信号频率，以驱动负载工作。 因此，需要设计两部分，即驱动级和功率输出级。
七、功率放大器 一、填空 1、功放以静态工作点在负载线上的位置可分为三类，其中乙类Q点位于，一个晶体管只在周工作，输出将有失真。为了减小这种失真，并仍能获得较大功率，可采用推挽功放。 2、无输出变压器功放记为，最大输出功率P OM= .无输出电容功放记为，P OM= 。 3、OTL功放的负载R L= 8Ω，最大输出功率为9 W, 则电源电压V G为V ,若R L换成16Ω，则最大输出功率为W 。 4、根据Q点的位置，可将功放分为，和甲乙类三种，其中，甲乙类功放的Q点在。 5、互补对称OTL功放电路中，电源V G = 6 V, R L= 8Ω,则P OM= 6、若功放管集电极的理想交流负载等效电阻R L'=283.5Ω, 实际负载音圈阻抗为3.5Ω的扬声器，则输出变压器初、次级匝数比n = 。 7、功率放大器按工作点在交流负载线上的位置分类有：_________类功放、_________类功放、___________类功放电路。 8、功率放大器以输出终端特点分类有：功放、_______功放、______ 功放和_______功放电路。 9、甲乙类推挽功放电路与乙类功放电路比较，前者加了偏置电路向功放管提供少量________，以减小___________ 失真。 10、功率放大器主要作用__________，以提供负载______________信号。 11、为了保证功率放大器功率放大三极管的使用安全，既要选用_________足够大的晶体三极管，还应注意____________。 12、为了避免输出变压器给功放电路带来的不便和失真，又引入了________功放电路；为了避免输出电容引出的失真，又引入了____________功放电路。 13、集成功率放大器具有________小，_______轻，________可靠和________方便的优点。 14、使用集成功放电路主要应了解它的_______特性和_____________线路。
功率放大器 功率放大器，简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务，这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口，而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用，在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。 【功率放大器简介】 利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。 【功率放大器的特点及分类】 为了实现尽量大的输出功率，要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，因此，三极管往往工作在极限的状态下。工作在大信号极限状态下的三极管，不可避免的会产生非线性失真，且同一个三极管，输出功章越大，非线性失真越严重，功放管的非线性失真和输出功率是一对矛盾。在不同的应用场合，处理这对矛盾的方法各不相同。例如，在音响系统中，要求在输出功率一定时，非线性失真要尽量得小；而在工业控制系统中，通常对非线性失真不要求，只要求功放的输出功率足够大。在功率放大器中，因功放管的集电极电流较大，所以，功放管的集电极将消耗大量的功率，使功放管的集电极温度升高。为了保护功放管不会因温度太高而损坏，必须采用适当的措施对功放管进行散热。另外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，功放管往往工作在大电流和高电压的情况下，功放管损坏的概率比较大，采取措施保护功放管也是功放电路要考虑的问题。此外，在分析方法上，功放电路也不能采用前面介绍的微变等效电路分析法，而必须采用图解分析法。 尽量提高功率转换的效率，放大器在信号作用下向负载提供的输出功率是由直流电源转换来的，在转换时，管子和电路中的耗能元件均要消耗功率，设放大器的输出功率为PO，电源消耗的功率为PE，则功放电路的效率为η=Po/PE 按照输入信号频率的不同，S355功率放大器可分为低频功率放大器和高频功率放大器。低频 功率放大器常常又可以按照以下几种方式分类。 按照功率放大器与负载之间酌耦合方式不同，可分为： ①变压器耦合功率放大器； ②电容耦合功率放大器，也称为无输出变压器功率放大器，即OTL功率放大器； ③直接耦合功率放大器，也称为无输出电容功率放大器，即OCL功率放大器；