三极管的用法

?RB?rbe?(1??)2RE2(RB?rbe) （5—44）

可以看出共模放大倍数Aoc≠0，共模抑制比KCMR≠∞，若要减小Aoc，提高KCMR，只有用晶体管恒流源代替发射极电阻RE。

实际电路中可用晶体管T3的组成的电路来近似实现恒流源，如图5-44所示。在参数选择合理的情况下，既保证了差动放大电路的合适静态工作点，而工作在放大区的T3管近似具有恒流源特性。可以使共模放大倍数Aoc≈0，共模抑制比KCMR≈∞。

图5-44中RP为调零点位器，RP两端分别接在T1和T2两管的发射极，调节RP的滑动端可以改变两管的静态工作点，这样，可以解决由于两边电路不完全对称，当输入为零时而输出不为零的问题。因为RP对每管的动态也有影响，因此RP的取值不宜过大，约几十到几百欧姆。

5.8功率放大器

5.8.1 概述

功率放大器在各种电子设备中有着极为广泛的应用。从能量控制的观点来看，功率放大器与电压放大器没有本质的区别，只是完成的任务不同，电压放大器主要是不失真地放大电压信号，而功率放大器是为负载提供足够的功率。因此，对电压放大器的要求是要有足够大的电压放大倍数，对功率放大器的要求则与前者不同。

1. 功率放大器的特点

功率放大器因其任务与电压放大器不同，所以具有以下特点： （1） 尽可能大的最大输出功率

为了获得尽可能大的输出功率，要求功率放大器中的功放管其电压和电流应该有足够大的幅度，因而要求要充分利用功放管的三个极限参数，即功放管的集电极电流接近ICM，管压降最大时接近V(BR)CEO，耗散功率接近PCM。在保证管子的安全工作的前提下，尽量增大输出功率。

（2） 尽可能高的功率转换效率

功放管在信号作用下向负载提供的输出功率是由直流电源供给的直流功率转换而来的，在转换的同时，功放管和电路中的耗能元件都要消耗功率。所以，要求尽量减小电路的损耗，来提高功率转换效率。若电路输出功率为Po，直流电源提供的总功率为PE，其转换效率为

??PoPE

（3）允许的非线性失真

工作在大信号极限状态下的功放管，不可避免会存在非线性失真。不同的功放电路对非线性失真要求是不一样的。因此，只要将非线性失真限制在允许的范围内就可以了。

（4）采用图解分析法 电压放大器工作在小信号状况，能用微变等效电路进行分析，而功率放大器的输入是放大后的大信号，不能用微变等效电路进行分析，须用图解分析法。

5-37

2. 功率放大器的分类

（1）甲类

甲类功率放大器中晶体管的Q点设在放大区的中间，管子在整个周期内，集电极都有电流。导通角为360?，Q点和电流波形如图5-45（a）所示。工作于甲类时，管子的静态电流IC较大，而且，无论有没有信号，电源都要始终不断地输出功率。在没有信号时，电源提供的功率全部消耗在管子上；有信号输入时，随着信号增大，输出的功率也增大。但是，即使在理想情况下，效率也仅为50%。所以，甲类功率放大器的缺点是损耗大、效率低。

（2）乙类 为了提高效率，必须减小静态电流IC，将Q点下移。若将Q点设在静态电流IC = 0处，即Q点在截止区时，管子只在信号的半个周期内导通，称此为乙类。乙类状态下，信号等于零时，电源输出的功率也为零。信号增大时，电源供给的功率也随着增大，从而提高了效率。乙类状态下的Q点与电流波形如图5-45(b)示。

（3）甲乙类

若将Q点设在接近IC ≈ 0而IC ≠ 0处，即Q点在放大区且接近截止区。管子在信号的半个周期以上的时间内导通。称此为甲乙类。由于IC ≈ 0，因此，甲乙类的工作状态接近乙类工作状态。甲乙类状态下的Q点与电流波形如图5-45(c)所示。

iC Q o o t o Q o vCE Q t o vCE o t iC iC iC iC iC vCE （a） （b） （c） 图5-45 Q点设置与三种工作状态

5.8.2 互补对称的功率放大器

互补对称式功率放大电路有两种形式，采用单电源及大容量电容器与负载和前级耦合，而不用变压器耦合的电路的互补对称电路，称为OTL(Output Transformer Less)无输出变压器互补对称功率放大器；采用双电源不需要耦合电容的直接耦合互补对称电路，称为OCL（Output Capacitor Less） 无输出电容耦合互补对称功率放大器，两者工作原理基本相同。由于耦合电容影响低频特性和难以实现电路的集成化，加之OCL电路广泛应用于集成电路的直接耦合式功率输出级，下面对OCL电路将作重点讨论。

1．乙类互补对称的功率放大器（OCL）

（1）电路的组成及工作原理

图5-46所示为OCL互补对称功率放大电路。电路由一对特性及参数完全对称、类型却不同（NPN和PNP）的两个晶体管组成的射极输出器电路。输入信号接于两管的基极，负载电阻RL接于两管的发射极，由正、负等值的双电源供电。下面，分析电路的工作原理。

静态时（vi = 0），由图可见，两管均未设直流偏置，因而IB = 0，IC = 0两管处于乙类。 动态时（vi ≠ 0），设输入为正弦信号。当vi>0时，T1导通，T2截止，RL中有图5-46实线

5-38

所示的经放大的信号电流iC1流过，RL两端获得正半周输出电压vo；当 vi<0时，T2导通，T1截止，RL中有虚线所示的经放大的信号电流iC2流过，RL两端获得输出电压vo的负半周；可

iC1 o t +VCC iC1 T1 vi vo vi o iC2 t o t T2 iC2 ?VCC R L

v o

o t 图5-46 OCL乙类互补对称电路

见在一个周期内两管轮流导通，使输出vo取得完整的正弦信号。T1、T2在正、负半周交替导通，互相补充故名互补对称电路。功率放大电路采用射极输出器的形式，提高了输入电阻和带负载的能力。

（2）输出功率及转换效率 a. 输出功率Po

如果输入信号为正弦波，那么输出功率为输出电压、电流有效值的乘积。设输出电压幅度为Vom，则输出功率为

?VomPo=???2????21RL?1Vom2RL2 （5—45）

b. 电源提供的功率PE

电源提供的功率PE为电源电压与平均电流的积，即

PE = VCCIdc

输入为正弦波时，每个电源提供的电流都是半个正弦波，幅度为因此，每个电源提供的功率为

PE1 = PE2 =

两个电源提供的总功率为

PE = PE1+PE2 =

2Vom?RL?VCC1Vom?RL?VCCVomRL，平均值为

1Vom?RL，

（5—46）

c. 转换效率η

效率为负载得到的功率与电源供给功率的比值，代入Po、PE的表达式，可得效率为

1Vom2 ??2RL2VomVCC??Vom4VCC （5—47）

?RL 5-39

可见，η正比Vom，Vom最大时，Po最大，?最高。忽略管子的饱和压降时，VOM?VCC，因此

?M??4?78.5%2

POM?1VCC2RL

(3) 功率管的最大管耗

电源提供的功率一部分输出到负载，另一部分消耗在管子上，由前面的分析可得到两个管子的总管耗为

PT = PE ? Po =

2Vom?RL?VCC?

1Vom2RL2

由于两个管子参数完全对称，因此，每个管子的管耗为总管耗的一半，即

PC1=PC2=1/2PT

由式可以看出，管耗PT与Vom有关，实际进行设计时，必须找出对管子最不利的情况，即最大管耗PTM。将PT对Vom求导，并令导数为零，即

令

dPCdVom?2VCC?RL?VomRL?0，可得管耗最大时，Vom?22?VCC，最大管耗为

PCM =

V2?CC?VCC?RL2?

?2??VCC??1??2RL=

2VCC2?2RL??4?2PoM?0.4PoM

PC1M?PC2M?1VCC2?2RL??0.2POM

(4) 功率管的选择

根据乙类工作状态及理想条件,功率管的极限参数PCM、V（BR）CEO、ICM可分别按下式选取

ICM?VCCRL?2VCC V(BR)CEO (5-48)

PCM?0.2POM互补对称电路中，一管导通、一管截止，截止管承受的最高反向电压接近2VCC。

例5-7 试设计一个图5-46所示的乙类互补对称电路，要求能给8?的负载提供20w功率，为了避免晶体管饱和引起的非线性失真，要求VCC比Vom高出5V，求：（1）电源电压VCC；（2）每个电源提供的功率；（3）效率?；（4）单管的最大管耗；（5）功率管的极限参数。

解：（1）求电源电

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