低频功率放大器

《电子线路》配套多媒体CAI课件 电子教案

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；Pom、PG、PCM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．Pom、PCM的估算方法和功率管的选管条件。

学时分配

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 内 容 7.1 低频功率放大器概述 7.2 单管功率放大器 7.3 推挽功率放大器 7.4 无输出变压器的推挽功率放大器(OTL) 7.5 无输出电容功率放大器(OCL) 7.6 集成电路功率放大器 本章小结与习题 本章总学时 10 学时 1 2 2 2 2 1 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

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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IB????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，Rb1、Rb2和Re为分压式电流负反馈偏置电路，Ce为射极旁路电容，RL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RL?，以便向负载RL提供最大功率。

最佳负载电阻为

??n2RL RLN1是变压器的匝数比。合理选择n，可得管N2式中，n?

图7.2.1 单管变压器耦合功放电路

子最佳负载电阻RL?。

[例7.2.1] 设图7.2.1中，负载RL???8??，晶体管集电极输出功率P???140?mW，集电极

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电流Ic???31?mA。求：(1)输出变压器T2的初级等效电阻R?L??？?(2) 要使负载RL获得理想的最大功率，T2的变压比n???？

2? RL解 (1) 因为 Po?IC??Po/I2c?140mW/?31mA??146? 所以 RL2??n2RL (2) 因为 RL?/RL?146/8?4.3 所以 n?RL二、电路工作原理

当vi???0，电路处于静态，IC???ICQ。因T2隔直作用，RL中无电流，放大器无信号输出。 当vi?0，则vi→?vbe→?ib→?ic。经T2耦合，RL有电流iL，放大器有信号功率输出。

7.2.2 输出功率及效率

一、输出功率

图解分析如图7.2.2所示。 1．作直流负载线：

图7.2.2 单管变压器耦合功放的图解分析

过VG点作直流负载线，与IBQ之交点，得静态工作点Q。 2．作交流负载线：

过Q点，作交流负载线AB。 3．画vCE、iC波形。

得正弦信号的最大值分别为Icm和Vcem，则功放管集电极输出功率为 IV1 Po?IcVce?cm?cem?Icm?Vcem (7.2.1)

222可见，输出信号越强，输出功率Po越大。

为不产生饱和失真和截止失真，忽略VCES和ICEO时，则功放管不失真条件为

Icm≤ ICQ Icem≤ IG ??ICQ，Vcem??VG。于是功放管不失真最大输出功率为 在输出信号最大且不失真时，有Icm

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Pom?1ICQ?VG (7.2.2) 2二、效率

1．电源供给功率为

PG?ICQ?VG (7.2.3) 可见，电源供给功率与信号无关。

2．功放管最大效率为

1IVPom2CQG1?m????50%

PGICQVG2即 ????50% (7.2.4) 可见，最大不失真输出功率仅为电源供给功率的一半，效率很低。

若考虑VCES和ICEO，则功率管的效率???仅为40%???45%，如果再考虑变压器的效率??T(0.75???0.85)，则甲类功放总效率为

??????????T (7.2.5) 通常只有30%???35%。

结论，甲类功放电路优点是输出波形失真小；缺点是无信号时，电源供给功率全部转换成热能，因此效率低。

7.3 推挽功率放大器

7.3.1 乙类推挽功率放大器

动画 乙类推挽功率放大器 一、电路及其工作原理 典型电路如图7.3.1所示。

V1、V2为功率放大管，组成对管结构。在信号一个周期内，轮流导电，工作在互补状态。T1为输入变压器，作用是对输入信号进行倒相，产生两个大小相等、极性相反的信号电压，分别激励V1和V2。T2为输出变压器，作用是将V1、V2输出信号合成完整的正弦波。

图7.3.1 乙类推挽功率放大器及其波形 图7.3.2 乙类推挽功放电路的图解分析

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