第四章多级放大电路及其在工程中的应用.ppt

第四章第四章 多级放大电路及其在工程中的应用多级放大电路及其在工程中的应用第四节第四节 多级放大器的功率输出级多级放大器的功率输出级 一、功率放大器概述一、功率放大器概述 二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放） 三、单电源互补对称推挽功放（三、单电源互补对称推挽功放（OTL功放）功放） 四、平衡式桥接推挽功放（四、平衡式桥接推挽功放（BTL功放）功放） 五、功率放大器使用应注意的问题五、功率放大器使用应注意的问题 六、集成功率放大器六、集成功率放大器 模拟电子技术基础 一、功率放大器概述一、功率放大器概述 电压放大器工作在小信号状态，研究的主要问题是如何使电压放大器工作在小信号状态，研究的主要问题是如何使“负载负载”得到大的不失真电压信号，主要讨论的指标为电压或得到大的不失真电压信号，主要讨论的指标为电压或电流增益、输入电阻和输出电阻而功率放大器工作在大信号电流增益、输入电阻和输出电阻而功率放大器工作在大信号状态下，是研究如何使负载得到尽可能大的功率，主要讨论的状态下，是研究如何使负载得到尽可能大的功率，主要讨论的指标是输出功率、效率、非线性失真等指标是输出功率、效率、非线性失真等。

（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 1 1输出功率足够大输出功率足够大功率放大器必须在保证功功率放大器必须在保证功放管安全工作的条件下，放管安全工作的条件下，输出足够大的功率输出足够大的功率 图图4-37 4-37 功率三角形功率三角形一、功率放大器概述一、功率放大器概述（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 2非线性失真要小非线性失真要小图图4-38 4-38 功率放大器的非线性失真功率放大器的非线性失真（a a）波顶失真）波顶失真 （b b）交越失真）交越失真 功放电路中，输出功率和非线性失真成为一对功放电路中，输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾要求非线性失真小，就必须限制输出功主要矛盾要求非线性失真小，就必须限制输出功率 （a）波顶失真）波顶失真（b）交越失真）交越失真一、功率放大器概述一、功率放大器概述（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 3效率要高效率要高在功放电路确定后，应尽可能提高功放电路的效率在功放电路确定后，应尽可能提高功放电路的效率 ：放大器输出最大交流功率：放大器输出最大交流功率 ：电源供给的直流功率：电源供给的直流功率 直流电源的直流电能一部分转换为所需交流输出功率，其它部直流电源的直流电能一部分转换为所需交流输出功率，其它部分几乎都消耗在功放管中。

分几乎都消耗在功放管中 一、功率放大器概述一、功率放大器概述4功放管的散热要好功放管的散热要好（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 为了保证功放管安全工作，除限制它的最大集电极电压和电流为了保证功放管安全工作，除限制它的最大集电极电压和电流外，还应限制功放管的结温，为此，必须采取良好的散热措施，通外，还应限制功放管的结温，为此，必须采取良好的散热措施，通常功放管都具有金属散热外壳常功放管都具有金属散热外壳图图4-52 4-52 散热片的安装散热片的安装（a a）卧式安装（）卧式安装（b b）立式安装）立式安装图图4-39 4-39 功放管外形功放管外形（二）功率放大器的分类（二）功率放大器的分类一、功率放大器概述一、功率放大器概述1. 按静态工作点位置不同分按静态工作点位置不同分（1 1 1 1）甲类放大状态）甲类放大状态）甲类放大状态）甲类放大状态 （2 2 2 2）乙类放大状态）乙类放大状态）乙类放大状态）乙类放大状态 （3 3 3 3）甲乙类放大状态）甲乙类放大状态）甲乙类放大状态）甲乙类放大状态 图图4-40 4-40 功率放大器的工作状态功率放大器的工作状态（a a）甲类放大）甲类放大 （b b）乙类放大）乙类放大 （c c）甲乙类放大）甲乙类放大甲类功放结构简单，线性好，甲类功放结构简单，线性好，失真小，但管耗大，输出功失真小，但管耗大，输出功率小、效率低。

乙类和甲乙率小、效率低乙类和甲乙类则是由两个功放管组成的类则是由两个功放管组成的“推挽推挽”功率放大器，静态功率放大器，静态时电流小，降低了静态损耗，时电流小，降低了静态损耗，效率较高，理想效率可达效率较高，理想效率可达78785 5所以功率放大器常采所以功率放大器常采用双管推挽式电路用双管推挽式电路 （二）功率放大器的分类（二）功率放大器的分类一、功率放大器概述一、功率放大器概述2按耦合方式不同分按耦合方式不同分（1 1 1 1）阻容耦合功率放大器：）阻容耦合功率放大器：）阻容耦合功率放大器：）阻容耦合功率放大器：主要用于甲类的末级放主要用于甲类的末级放大电路，通常向负载提供的功率不是很大大电路，通常向负载提供的功率不是很大2 2 2 2）变压器耦合的功率放大器：）变压器耦合的功率放大器：）变压器耦合的功率放大器：）变压器耦合的功率放大器：通过变压器耦合可通过变压器耦合可起到阻抗匹配的作用，使负载获得最大功率但由于变起到阻抗匹配的作用，使负载获得最大功率但由于变压器体积大、笨重、频率特性差，且不便于集成化，这压器体积大、笨重、频率特性差，且不便于集成化，这种耦合方式在低频功率放大器中已逐渐被淘汰。

种耦合方式在低频功率放大器中已逐渐被淘汰3 3 3 3）直接耦合的功率放大器：）直接耦合的功率放大器：）直接耦合的功率放大器：）直接耦合的功率放大器：包括包括OCLOCL、OTLOTL和和BTLBTL以以及集成功率放大器，直接耦合功放电路是目前电子产品及集成功率放大器，直接耦合功放电路是目前电子产品未级放大电路中较广泛应用的电路形式未级放大电路中较广泛应用的电路形式二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放） 1电路组成和工作原理电路组成和工作原理 图图4-41 4-41 双电源互补对称推挽功放（双电源互补对称推挽功放（OCLOCL功放）功放）由一对特性相同、类型不同的互补三极管（由一对特性相同、类型不同的互补三极管（NPNNPN、PNPPNP）组）组成对称的射极输出器电路输入信号接于两管基极，负载成对称的射极输出器电路输入信号接于两管基极，负载接在两管发射极上，由正、负等值的双电源供电接在两管发射极上，由正、负等值的双电源供电 推挽功率放大器目前广泛采用推挽功率放大器目前广泛采用OCLOCL、OTLOTL和和BTLBTL电路，这些电路，这些电路具有结构简单，体积小，频率响应好，易于集成等电路具有结构简单，体积小，频率响应好，易于集成等优点。

优点2性能分析性能分析二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）图图4-42 OCL4-42 OCL电路的图解分析电路的图解分析2性能分析性能分析二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）图图4-42 OCL4-42 OCL电路的图解分析电路的图解分析（1 1）输出功率）输出功率 理想情况下，理想情况下， 最大不失真输出功率：最大不失真输出功率： 2性能分析性能分析二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）（2 2）直流电源供给的功率）直流电源供给的功率 当输出电压幅值达到最大，当输出电压幅值达到最大，即即 ：图图4-42 OCL4-42 OCL电路的图解分析电路的图解分析2性能分析性能分析二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）（3 3）效率）效率 一般情况下，一般情况下， 理想情况下，理想情况下， 效率达最大效率达最大 图图4-42 OCL4-42 OCL电路的图解分析电路的图解分析2性能分析性能分析二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）（4 4）管耗）管耗两个功放管的总管耗：两个功放管的总管耗： 图图4-42 OCL4-42 OCL电路的图解分析电路的图解分析3功放管的选择功放管的选择二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）功放管的极限参数应满足下列条件：功放管的极限参数应满足下列条件： 以上三式可作为选择功放管的依据。

以上三式可作为选择功放管的依据二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）4交越失真及消除方法交越失真及消除方法产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：当输当输入信号很小时，入信号很小时，达不到三极管的达不到三极管的开启电压，三极开启电压，三极管不导通因此管不导通因此在负载上合成的在负载上合成的输出电压将在两输出电压将在两个半波交界处，个半波交界处，跨越正、负半波跨越正、负半波时发生失真，时发生失真， 消除方法：消除方法：消除方法：消除方法：为了消除交越失真，必须设置基极偏置电路使互补为了消除交越失真，必须设置基极偏置电路使互补放大电路工作在甲乙类状态，方法是在两管的基极回路中加一放大电路工作在甲乙类状态，方法是在两管的基极回路中加一合适的偏置电压，使管子的导通角略大于合适的偏置电压，使管子的导通角略大于180 180 ，使管子工作，使管子工作在甲乙类状态在甲乙类状态图图4-43 4-43 交越失真及其消除交越失真及其消除（a a）交越失真产生）交越失真产生 （b b）消除交越失真）消除交越失真二、双电源互补对称推挽功放（二、双电源互补对称推挽功放（OCL功放）功放）4交越失真及消除方法交越失真及消除方法电路措施：电路措施：电路措施：电路措施：图图4-44 4-44 克服交越失真的偏置电路克服交越失真的偏置电路（a a）二极管偏置）二极管偏置 （b b）三极管偏置）三极管偏置利用两只硅二极管串联的正向管利用两只硅二极管串联的正向管压降为两功放管提供所需偏置，压降为两功放管提供所需偏置，以避免交越失真。

以避免交越失真 利用利用 VT3VT3管的管的压压降降U UCE3CE3作作为为功放管功放管的偏置的偏置电压电压，克服交越失真克服交越失真三、单电源互补对称推挽功放（三、单电源互补对称推挽功放（OTL功放）功放）1电路组成及工作原理电路组成及工作原理两个互补对称的功放管与两个互补对称的功放管与OCLOCL电路相比，它省去了负电源，电路相比，它省去了负电源，输出端加接了一只大容量电容器输出端加接了一只大容量电容器 2性能分析性能分析三、单电源互补对称推挽功放（三、单电源互补对称推挽功放（OTL功放）功放） OTL OTL功放电路的输出功率、效率、管耗等计算方法与功放电路的输出功率、效率、管耗等计算方法与OCLOCL功放电路完全相同它们之间的差别仅是功放电路完全相同它们之间的差别仅是OTLOTL为单电源供电为单电源供电 理想情况下：理想情况下：选管条件：选管条件： 3采用复合管的采用复合管的OTL功放功放三、单电源互补对称推挽功放（三、单电源互补对称推挽功放（OTL功放）功放）复合管：复合管：复合管：复合管：把两个及以上三极管按一定方式连接起来，等效为把两个及以上三极管按一定方式连接起来，等效为一个三极管使用。

一个三极管使用 4. 实用的实用的OTL功放电路功放电路三、单电源互补对称推挽功放（三、单电源互补对称推挽功放（OTL功放）功放）VT2VT2、VT4VT4及及VT3VT3、VT5VT5：组成互补复合管组成互补复合管VT1VT1：前置电压甲类放大电路前置电压甲类放大电路R4R4、VDVD：偏置电路，使复合管工作在甲乙类状态，以消除交：偏置电路，使复合管工作在甲乙类状态，以消除交越越 失真，同时失真，同时VDVD还起到温度补偿作用还起到温度补偿作用R RP P：VT1VT1管的偏置电阻，同时起交、直流负反馈的作用，调整管的偏置电阻，同时起交、直流负反馈的作用，调整它使中点电压它使中点电压U UB B=U=UCCCC/2/2 R7R7、R8R8：穿透电流分流电阻穿透电流分。