乙类互补推挽功率放大器

乙类推挽功率放大器的研究摘要：随着现代通信技术的发展,功率放大器已成为无线通信系统中一个不可或缺的部分。

功率放大器的性能在很大程度上影响并制约着整个通信系统的通信质量和技术水平，如何保证它能低噪声，高效率，宽频带，高增益，高质量的运作是贯穿在功率放大器整个设计过程中的中心问题。

而乙类放大器适于宽带大功率工作，大多数集成运放的末级输出都采用乙类推挽形式；乙类推挽电路采用不同极性的放大器件（N型或P型）构成的高保真放大器中最常用的放大器。

由于它们工作在对称放大状态，具有类似差分的特性抵消失真中的偶次谐波，获得较低的失真度。

并且晶体管功耗小，效率高，可制作优质的功率放大器。

本文针对乙类推挽功率放大器的电路结构和工作原理进行了详细的分析，关键词：功率放大器乙类消除交越失真1 设计任务功率放大器是通过将直流输入功率转换化为交流功率输出，以提高发射信号能量，便于接收机接收的电路，因而要求输出功率大，效率高，同时，输出中的谐波分量应该尽量小，以免对其他频道产生干扰。

根据电流导通角的不同，功率放大器分为甲类、乙类、丙类等。

失真是指输出信号波形发生变化的现象，波形失真的原因和种类有很多，主要有非线性失真、频率失真和相位失真等。

当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率。

发射机的输出功率和效率主要取决于高频功率放大器，对同一耗散功率来说，效率的提高意味着输出功率的增大，当输出功率一定时，效率的提高使消耗的电源功率减小，管子的耗散功率降低，可降低冷却系统的压力。

这对于节省能源、使用较小的功率管输出较大的功率、减小设备的体积和重量都有重要的实际意义。

这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。

例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。

而率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。

电子应用系统CDIO一级项目设计说明书题目：乙类互补推挽放大器设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计周数：设计成绩：2012年6月18日1、CDIO设计要求本次CDIO设计题目如下：运用课程《电子线路》的非线性部分相关知识及课外资料，设计一个符合要求的、合理的乙类互补推挽功率放大器。

设计要求为：1.电源电压U=10~15V2.输入阻抗Z≥1KΩ3.输出负载R=8Ω4.输出功率P=1~5W5.放大倍数X≥20倍6.带宽f =100~200KHZ7.无失真8.multisin仿真结果2、CDIO设计正文2.1 功率放大电路功率放大电路着眼于较大的输出。

其特点是在同样的供电电压下有着较大的电流输出能力，即具有较大的“负载能力”。

在实际应用中，需要功率放大电路的场合很多。

例如带动电机的转动、仪表的指示、继电器的动作、天线的发射、扬声器的发声等。

要实现这些控制，就要在电压放大之后，在用功率放大电路提供负载所需要的足够的电功率。

2.2 功率放大电路的特性1、有足够大的功率输出2、非线性失真小3、效率高2.3 功率放大电路的分类1、按功放管的工作状态分为甲类、乙类、甲乙类和丙类2、按工作频率的高低分为低频功率放大电路和高频功率放大电路3、按负载的性质分为非谐振功率放大电路和谐振放大电路4、按电路结构分为单管功率放大电路、变压器耦合推挽功率放大电路和无变压器的功率放大电路2.４ 乙类互补推挽功率放大电路推挽的意思是两个晶体管一推一拉的工作。

如下图是乙类互补对称推挽功率放大电路的原理电路。

T1、T2分别为ＮＰＮ和ＰＮＰ型三极管，他们的特性要相同。

信号从两个晶体管的基极输入，从公共射极输出，RL为负载电阻。

这个电路可以看成是由两个射极输出器组合而成。

由于半导体三极管的发射结处于正向偏置它才能导通，因此，当输入信号ｕ处于正半周时，Ｔ２截止，Ｔ１导通并处于放大状态，由电流ie 1流过负载RL；而当输入信号处于负半周时，Ｔ１截止，Ｔ２处于放大状态，由电流ie 2流过负载RL，由此便在负载上产生完整的电压波形。

1.1 CDIO 设计目的通过设计乙类互补推挽功率放大器，掌握利用分离原件组成OTL 功放电路的原理，提高电路原理图读图技能，熟练掌握较复杂电路的装调操作方法。

1.2 CDIO 设计正文1.2.1设计要求电压增益：20倍直流输入电压：不大于10V输出功率：1W 以上（负载RL =8Ω）频率特性：20Hz ～50KHz1.2.2 设计原理乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽电路。

通常使用T1和T2两个特性配对的互补功率管（NPN 型和PNP 型），若忽略功率管发射结导通电压，则当输入信号正半周期时，两功率管分别导通和截止，输出为正半周的半个正弦波；当输出信号负半周期时，两功率功率管分别截止和导通，输出为负半周的半个正弦波，通过负载的电流通过合成形成完整的正弦波。

1.2.3设计过程负载RL =8Ω Vo= V Po R L 22*=，输出功率Po=1W峰值为Vp=4V ，峰峰值为Vp-p=8V若要实现输出功率为Po=1W ，则直流电源电压Vcc ＞8所以取Vcc=10V输出电流Io==L CC R V /221422mA 取β=100，1b I =Io/β=4.22mA 取5I =20mA ，所以5R =0.5cc V /5I =250Ω取E V =0.2Vcc=2VE R =2V/20mA=100Ω因为E 5V R /R A ==2.5<10，所以E R 取值不合适令64E R R R +=，4R =10Ω，5R =250Ω当交流分析时，6R 被短路，V A =25符合要求Q2三极管基极电流'b I = I5/β=20mA/100=0.2mA2I =5～10倍的'b I ，取2I =2mA E 2V V =b +0.7V=2.7V6R = 2b V /2mA=1.35k Ω4R =(Vcc-2V b )/2mA=3.65k Ω电路中R 、C 电路为高通滤波电路，频率在20Hz ～50KHz所以计算得2C =40uF ，3C =2mF ，旁路电容1C =100nF1.3仿真结果图1 乙类功放原理图图2 输入端电压与输出端电压比较图3 示波器仿真波形1.4设计总结通过这次的乙类推挽功率放大器的设计，发现了自己很多知识上的漏洞，通过查阅书籍和在网上搜索资料，以及询问同学，总算做出了这个波形不是真的仿真电路。

互补推挽式功率放大电路甲类工作状态晶体管存在问题→ 乙类工作状态晶体管管耗小效率高（但存在非线性，即交越失真）→ 甲乙类工作状态晶体管（但存在功率管匹配异型困难）→ 准互补对称放大电路(OCL) → 单电源互补功率放大电路（OTL）→ 变压器耦合功率放大电路1、互补对称式乙类功率放大电路1.结构图9.1（a）所示电路采用两个NPN和PNP管各一只，且特性对称，组成互补对称式射极输出器。

简称OCL电路，意为无输出耦合电容。

2.工作原理静态时：u i =0 → I C2 = I C2 =0 （乙类工作状态）→ u o =0 。

动态时：u i >0 → VT2导通，VT3截止→ i o = i C2 ；u i <0 → VT3导通，VT2截止→ i o =? i C3 。

特点：（1） I BQ 、 I CQ 等于零。

（2）两管均工作半个周期。

3.分析计算（1）输出功率由电路可知，输出电压 U o 变化范围为： 2( U CC ? U ces )=2 ICM × R L若忽略管子饱和压降 U ces ，则：输出电流最大值 I CM = U CC R L输出电压最大值 U CM = U CC输出最大功率P OM = I CM 2 × U CM 2 = U CC 2 R L × U CC 2 = U CC 2 2 R L（2）直流电源供给的功率因为两管各导通半个周期（不考虑失真），每个电源只提供半个周期的电流，且每管电流平均值为I C = 1 2π ∫ 0 π i C2 d(ω?t) = 1 2π ∫ 0 π I CM sin?(ω?t)d(ω?t) = 1 2π U CC R L [ ?cos?ω??t ] 0 π = 1 2π U CC R L ×2= 1 π U CC R L所以，总功率为P V =2 I C U CC = 2 π U CC 2 R L（3）效率η= P OM P V = π 4 =78.5%（4）晶体管耗散功率2 P T = P V ? P OM = 2 π U CC I CM ? 1 2 U CC I CM = 2 U CC U CM π R L ? U CM 2 2 R L将上式对 U CM 求导并令其为零，得：d P T d U CM = 2 U CC π R L ? U CM R L =0即U CM = 2 π U CC ≈0.64 U CC代入上式，可求得最大管耗2 P T = 2 U CC π R L 2 U CC π ? 1 2 R L ( 2 U CC π ) 2 = 4 π 2 U CC 2 2 R L = 4 π 2 P OM ≈0.4 P OM4.缺点电路存在交越失真。