功率放大应用电路(电子技术课件)

功率放大应用电路
一、功率放大电路概述
功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。

如使扬声器发声、继电器工作、仪表指针偏转等。

1.功率放大电路的特点
•特点
功率放大电路是一种能够向负载提供足够大功率的放大电路。

因此，要求同时输出较大的电压和电流，管子工作在接近极限状态。

•要解决的问题
(1)提高转换效率；
(2)减小失真；
(3)功放管的保护。

•主要技术指标
(1)最大输出功率P
om
：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。

(2)转换效率η：最大输出功率与电源提供的功率之比，即
η=P
om /P
V。

•分析方法
工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。

•思考题：功率放大电路与电压放大电路有本质上的区别吗?
2.晶体管的工作状态
三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：
甲类：θ=360°ηmax=50%失真小，静态电流大，管耗大，效率低；乙类：θ=180°ηmax =78.5%失真大，静态电流为零，管耗小，效率高；甲乙类：180°<θ< 360°失真大，静态电流小，管耗小，效率高；
丙类：θ<180°晶体管仅在信号的少半个周期处于导通状态。

思考题：功放中的功放管采用哪种工作状态最合适?
•射级输出器能否做功率放大？
射级输出器的
输出电阻低，带负
载能力强，但做功
放不适合，它的最
高效率仅达25%。

•如何解决效率低的问题？
办法：降低Q点。

缺点：会引起截止失真。

即降低Q点又不会引起截止失真的办法：
采用推挽输出电路，或互补对称射级输出器。

二、传统的推挽功率放大电路（乙类功率放大器）
1.电路结构（变压器耦合）：
左边的变压器：输入变压器；
右边的变压器：输出变压器；
T1和T2：
对称放大管。

2.工作原理
(1)当ui为正半周时:
T1工作在放大区，T2工作在截止区。

(推)
(2)当ui为负半周时:
T1工作在截止区，T2工作在放大区。

(挽)
(3)最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波，再通过输出变压器耦合到负载RL上。

3.传统的乙类推挽功率放大电路的缺点:
(1)输入/输出变压器的体积大、重;
(2)因为是变压器耦合，故频带窄;
(3)存在交越失真和不对称失真;
(4)电路采用反馈时，易自激振荡。

三、OTL乙类互补对称电路
1、电路结构:
(1)VT1和VT2分别由NPN和PNP管组成，然后共同与RL组成射极输出器。

(2)电路只有一个电源，NPN管由Vcc
供电，PNP管由电容C供电，R1和R2分
别为两管的偏置电阻。

2.工作原理
(1)静态时:
合理选取R1、R2，使两管均微通，其发射极电位为Vcc/2。

大电容C已充满电，Vc也为Vcc/2。

(2)当ui为正半周时:VT1放大、VT2截止。

其正半周的信号通过VT1管、C到达负载。

VT1的供电电压为:
Vcc-Vc=Vcc-Vcc/2=Vcc/2。

（3）当ui 为负半周时：
VT1截止、VT2放大。

其负半周的信号通过VT2管和电容
C 到达负载。

VT2的供电电压为:Vc=-
Vcc/2。

（4）VT1和VT2各负责输入信号半周
波形的放大。

所以在负载上i RL =i C1-i C2,
合成了一个完整的正弦波。

3.讨论
（1）VT1导电是靠Vcc供电，VT2导电是靠C供电，所以C必须非常大，否则在负半周会供电不足产生失真。

（2）此电路不使用变压器，用电容C来耦合，所以称为：OTL电路。

（3）此电路由两管轮流工作，互补对称输出，各处理正弦信号的180度，故又称为：乙类互补对称电路。

4.OTL 乙类互补对称电路的优、缺点
优点
效率高，理想情
况下最大可达到78.5%，
在静态时，i C1、i C2为0，
即：静态功耗为0。

缺点在输入信号为0附近区域内，VT1和VT2都不导通，因此会出现交越失真，所以上电路若不改进，则没有实用的价值。

5.交越失真现象
（1）产生交越失真的原因
在输入信号正半周或者负半周的起始段，VT1、VT2都处在截止状态，所以这一段输出信号出现了失真，我们称此现象为交越失真。

（2）克服交越失真的方法
在两个互补管的基极引入R、VD1和VD2支路，保
证电路在静态时或起始段，
VT1和VT2都处在导通状态，
这样就克服了两管都截止
的情况，保证了输出信号
不出现失真。

四、OTL甲乙类互补对称电路
1、电路结构:
在VT1和VT2的基极接入R、VD1和
VD2。

2、工作原理：
(1)静态时:
由R、VD1和VD2在两个三极管的
基极上产生一个偏压，使VT1和VT2
微微导通。

所以当ui=0时，VT1和
VT2有一个小小的集流。

但是，iL=0。

(2)当ui为正半周时：
i c1逐渐增大，VT1在放大区工作，
i c2逐渐减小，VT2进入截止区。

(3)当ui为负半周时：i c2逐渐增大，
VT2在放大区工作，i c1逐渐减小，VT1进入截止区。

(4)在ui的整个周期内：
负载RL上得到了比较理想的正弦波，减小了交越失真。

3.讨论
(1)此电路的参数计算，可以近似用乙类互补电路的公式
计算；
(2)此电路的交越失真小，效率也不错，故应用非常广泛；
(3)缺点是：电容体积大，不易集成化；低频效果差，不
适用高档音响设备。

五、OCL互补对称电路
1.电路结构
(1)彻底实现了直接耦合；
(2)采用了两路电源(用-Vcc替代了OTL电路中的Vc)，分别为VT1和VT2供电。

2.工作原理
工作原理与OTL电路基本上相同，但供电方式不同。

3.OCL 互补对称电路的优、缺点
优点
兼顾了OTL电路的所有优点，并省去了C，便于集成化，改善了低频响应。

缺点
由于负载直接与射级相连，一旦三极管损坏，Vcc形成的大电流将直接流过负载，若时间稍长必定会造成负载烧毁。

在实用电路中常采用熔断保险丝与负载串联或启用二极管、三极管保护电路。

4.讨论
(1)甲类放大时，静态电流大，因此效率也就越低，
约在30%左右；
(2)乙类放大时，静态功耗等于0，因此效率高，
约在78%左右；
(3)OCL的功率是OTL的4倍，但需要两套电源。

5.注意
由于共集电极电路只能放大电流而不能放大电压，所以上面的电路必须用电压幅度足够大的信号
驱动。

换句话说：输入和输出电压的幅度近似相等，
但输出信号的功率得到了放大。

小结
1.功率放大电路主要任务是要大功率、高效率和小失真；
2.常用的功率放大电路主要有OTL和OCL两种；
3.为了克服交越失真，将三极管工作在甲乙类状态，即：
导通角大于180°；
4.功率放大器的主要技术指标是：最大输出功率、电源消
耗功率和效率。

谢谢。