乙类互补功率放大电路

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1、5.1 概 述5.2 乙 类 互 补 功 率 放 大 电 路 5.3 其 它 类 型 互 补 功 率 放 大 电 路 5.1 概 述 功 率 放 大 电 路 是 一 种 以 输 出 较 大 功 率 为 目 的 的放 大 电 路 。 为 了 获 得 大 的 输 出 功 率 ， 必 须 使 输 出 信 号 电 压 大 ； 输 出 信 号 电 流 大 ； 放 大 电 路 的 输 出 电 阻 与 负 载 匹 配 。 电 压 放 大 器 一 般 工 作 在 甲 类 ， 三 极 管360 导 电 ， 其 输 出 功 率 由 功 率 三 角 形 确定 。 甲 类 放 大 的 效 率 不 高 ， 理 论 上

2、不 超 过25%。 功 率 放 大 电 路 必 须 考 虑 效 率 问 题 。 为 了 降 低静 态 时 的 工 作 电 流 ， 三 极 管 从 甲 类 工 作 状 态 改 为乙 类 或 甲 乙 类 工 作 状 态 。 此 时 虽 降 低 了 静 态 工 作电 流 ， 但 又 产 生 了 失 真 问 题 。 如 果 不 能 解 决 乙 类状 态 下 的 失 真 问 题 ， 乙 类 工 作 状 态 在 功 率 放 大 电路 中 就 不 能 采 用 。 推 挽 电 路 和 互 补 对 称 电 路 较 好地 解 决 了 乙 类 工 作 状 态 下 的 失 真 问 题 。 5.2 乙 类 互 补 功

3、率 放 大 电 路5.2.1 三 极 管 的 工 作 状 态5.2.2 乙 类 互 补 功 率 放 大 电 路 的 工 作 原 理 5.2.1 三 极 管 的 工 作 状 态 三 极 管 根 据 导 通 时 间 可 分 为 如 下 四 个 状态 ， 如 图 17.01所 示 。 甲 类 -三 极 管 360 导 电 ； 甲 乙 类 -三 极 管 180 360 导 电 乙 类 -三 极 管 180 导 电 丙 类 -三 极 管 180 导 电 甲 乙 类 180 360 导 电乙 类 180 导 电 图 17.01 三 极 管 的 四 种 工 作 状 态丙 类 180 导 电甲 类 360 导

4、 电 5.2.2 乙 类 互 补 功 率 放 大 电 路 的 工 作 原 理（ 1） 电 路 组 成 乙 类 互 补 功 率 放 大 电 路 如 图 17.02所 示 。 它 由一 对 NPN、 PNP特 性 相 同 的 互 补 三 极 管 组 成 。 这种 电 路 也 称 为 OCL互 补 功 率 放 大 电 路 。 图 17.02 乙 类 互 补 功 率 放 大 电 路 及 波 形 （ 2） 工 作 原 理 当 输 入 信 号 处 于 正 半 周 时 ， 且幅 度 远 大 于 三 极 管 的 开 启 电 压 ， 此时 NPN型 三 极 管 导 电 ， 有 电 流 通 过负 载 RL， 按

5、图 中 方 向 由 上 到 下 ， 与假 设 正 方 向 相 同 。 当 输 入 信 号 为 负 半 周 时 ， 且 幅 度远 大 于 三 极 管 的 开 启 电 压 ， 此 时 PNP型 三 极 管 导 电 ， 有 电 流 通 过 负 载 RL，按 图 中 方 向 由 下 到 上 ， 与 假 设 正 方 向相 反 。 于 是 两 个 三 极 管 一 个 正 半 周 ，一 个 负 半 周 轮 流 导 电 ， 在 负 载 上 将 正半 周 和 负 半 周 合 成 在 一 起 ， 得 到 一 个完 整 的 不 失 真 波 形 。 严 格 说 ， 输 入 信 号 很 小 时 ， 达 不 到 三 极管

6、 的 开 启 电 压 ， 三 极 管 不 导 电 。 因 此 在 正 、负 半 周 交 替 过 零 处 会 出 现 一 些 非 线 性 失 真 ，这 个 失 真 称 为 交 越 失 真 。 如 图 17.03所 示 。图 17.03 交 越 失 真 为 解 决 交 越 失 真 ， 可 给 三 极 管 稍 稍 加一 点 偏 置 ， 使 之 工 作 在 甲 乙 类 。 此 时 的 互补 功 率 放 大 电 路 如 图 17.04所 示 。 (a)利 用 二 极 管 提 供 偏 置 电 压 (b)利 用 三 极 管 恒 压 源 提 供 偏 置 图 17.04 甲 乙 类 互 补 功 率 放 大 电

7、路 （ 3） 参 数 计 算1 最 大 不 失 真 输 出 功 率 Pomax 设 互 补 功 率 放 大 电 路 为 乙 类 工 作 状 态 ，输 入 为 正 弦 波 。 忽 略 三 极 管 的 饱 和 压 降 ，负 载 上 的 最 大 不 失 真 功 率 为 L2CCL 2CESCCL 2CESCComax 22 )()2(= RVRVVRVVP 直 流 电 源 提 供 的 功 率 为 半 个 正 弦 波 的 平 均功 率 ， 信 号 越 大 ， 电 流 越 大 ， 电 源 功 率 也 越 大 。直 流 电 源 功 率 PV的 表 达 式 推 导 如 下 omLomCC 0 LomCC 0

8、 omCCCCCCV 2 )d(sin22 )d(sin22= kVRVV ttRVV ttIVIVP 2 电 源 功 率 PV 即 P V Vom 。 当 Vom趋 近 VCC时 ， 显 然 PV 近似 与 电 源 电 压 的 平 方 成 比 例 。 3 三 极 管 的 管 耗 PT 电 源 输 入 的 直 流 功 率 ， 有 一 部 分 通 过 三 极管 转 换 为 输 出 功 率 ， 剩 余 的 部 分 则 消 耗 在 三 极管 上 ， 形 成 三 极 管 的 管 耗 。 显 然 L2omLomCCoVT 22= RVRVVPPP 将 PT画 成 曲 线 ，如 图 17.05所 示 。

9、图 17.05 乙 类 互 补 功 放 电 路 的 管 耗 显 然 ， 管 耗 与 输 出 幅 度 有 关 ， 图 17.05中 画 阴 影线 的 部 分 即 代 表 管 耗 ， PT与 Vom成 非 线 性 关 系 ， 有一 个 最 大 值 。 可 用 PT对 Vom求 导 的 办 法 找 出 这 个 最大 值 。 PTmax发 生 在 Vom=0.64VCC处 ， 将 Vom=0.64VCC代 入 PT表 达 式 ， 可 得 PTmax为 omaxomaxomaxL 2CC2L 2CC L 2CCL CCCCL2omLomCCTmax 4.04.08.0264.0256.2 2 )64.0

10、( 64.0222= PPPRVRV RVR VVRVRVVP omaxTmax 2.0 PP 对 一 只 三 极 管 图 17.05 乙 类 互 补 功 放 电 路 的 管 耗 4 效 率 当 Vom = VCC 时 效 率 最 大 ， = /4 =78.5 。CComomCComomVo 422 VVIVVIPP (4) 大 功 率 三 极 管 输 出 特 性 曲 线 的 分 区 在 大 功 率 三 极 管 的 输 出 特 性 中 ， 除 了 与 普 通三 极 管 一 样 分 有 放 大 区 、 饱 和 区 、 截 止 区 外 ， 从使 用 和 安 全 角 度 还 分 有 过 电 流 区

11、过 电 压 区 过 损 耗 区它 们 的 位 置 如图 17.06所 示 。 图 17.06 三 极 管 的 极 限 工 作 区 过 电 流 区 是 由 最 大 允 许 集 电 极 电 流确 定 的 ， 超 过 此 值 ， 将 明 显 下 降 。过 电 压 区 由 c、 e间 的 击 穿 电 压V(BR)CEO所 决 定 。过 损 耗 区 由 集 电 极 功 耗 PCm所 决 定 。 5.3其 它 类 型 互 补 功 率 放 大 电 路 除 了 双 电 源 的 标 准 互 补 功 率 放 大 电 路 外 ，还 有 一 些 其 它 类 型 的 互 补 功 率 放 大 电 路 。 一 、 单 电

12、源 互 补 功 率 放 大 电 路二 、 采 用 复 合 管 的 互 补 功 率 放 大 电 路三 、 集 成 功 率 放 大 器四 、 BTL互 补 功 率 放 大 电 路五 、 双 通 道 功 率 放 大 电 路 一 、 单 电 源 互 补 功 率 放 大 电 路 当 电 路 对 称 时 ， 输 出 端 的 静 态 电 位 等 于 VCC /2。为 了 使 负 载 上 仅 获 得 交 流信 号 ， 用 一 个 电 容 器 串 联在 负 载 与 输 出 端 之 间 。 这种 功 率 放 大 电 路 也 称 为OTL互 补 功 率 放 大 电 路 。电 容 器 的 容 量 由 放 大 电 路的

13、 下 限 频 率 确 定 ， 即 CRf LL 21= LL2 1 fRC 图 17.07单 电 源 OTL 互 补 功 率 放 大 电 路 单 电 源 互 补 功 率 放 大 电 路 如 图 17.07所 示 。 二 、 采 用 复 合 管 的 互 补 功 率 放 大 电 路 当 输 出 功 率 较 大 时 ， 输 出 级 的 推 动 级 ， 即末 前 级 也 应 该 是 一 个 功 率 放 大 级 。 此 时 往 往 采用 复 合 管 ， 复 合 管 有 四 种 形 式 ， 见 图 17.08。 复 合 管的 极 性 由 前面 的 一 个 三极 管 决 定 。由 NPN-NPN或 PNP-

14、PNP复 合 而 成 的一 般 称 为达 林 顿 管 。 图 17.08 四 种 类 型 的 复 合 管 三 、 集 成 功 率 放 大 器 集 成 功 率 放 大 器 广 泛 用 于 音 响 、 电 视 和 小 电 机的 驱 动 方 面 。 集 成 功 放 是 在 集 成 运 算 放 大 器 的 电压 互 补 输 出 级 后 ， 加 入 互 补 功 率 输 出 级 而 构 成 的 。互 补 输 出 级 后 ， 加 入 互 补 功 率 输 出 级 而 构 成 的 。大 多 数 集 成 功 率 放 大 器 实 际 上 也 就 是 一 个 具 有 直接 耦 合 特 点 的 运 算 放 大 器 。

15、它 的 使 用 方 法 原 则 上与 集 成 运 算 放 大 器 相 同 。 集 成 功 放 使 用 时 不 能 超 过 规 定 的 极 限 参 数 ，极 限 参 数 主 要 有 功 耗 和 最 大 允 许 电 源 电 压 。 集 成功 放 要 加 有 足 够 大 的 散 热 器 ， 保 证 在 额 定 功 耗 下度 不 超 过 允 许 值 。 集 成 功 放 一 般 允 许 加 上 较 高 的工 作 电 压 ， 但 许 多 集 成 功 放 可 以 在 低 电 压 下 工 作 ，适 用 于 无 交 流 供 电 的 场 合 ， 此 时 集 成 功 放 电 源 电流 较 大 ， 非 线 性 失 真

16、 也 较 大 。 四 、 BTL互 补 功 率 放 大 电 路 BTL互 补 功 率 放 大 电 路 方 框 图 如 图 17.09所示 。 它 是 由 两 路 功 率 放 大 电 路 和 反 相 比 例 电 路组 合 而 成 ， 负 载 接 在 两 输 出 端 之 间 。 两 路 功 率放 大 电 路 的 输 入 信 号 是 反 相 的 ， 所 以 负 载 一 端的 电 位 升 高 时 ， 另 一 端 则 降 低 ， 因 此 负 载 上 获得 的 信 号 电 压要 增 加 一 倍 。BTL放 大 电 路输 出 功 率 较 大 ，负 载 可 以 不 接地 。 图 17.09 BTL互 补 功

17、放 电 路 方 框 图 五 、 双 通 道 功 率 放 大 电 路 双 通 道 功 率 放 大 电 路 是 用 于 立 体 声 音 响设 备 的 功 率 放 大 电 路 ， 一 般 有 专 门 的 集 成 功率 放 大 器 产 品 。 它 有 一 个 左 声 道 功 放 和 一 个右 声 道 功 放 ， 这 两 个 功 放 的 技 术 指 标 是 相 同的 ， 需 要 在 专 门 的 立 体 声 音 源 下 才 能 显 现 出立 体 声 效 果 。 有 的 高 级 音 响 设 备 一 个 声 道 分成 二 、 三 个 频 段 放 大 ， 有 相 应 的 低 频 段 、 中频 段 和 高 频 段

18、 放 大 器 。 3E6H9LcOfRjUmXp!s&w)z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6I9LcOgRjUmYp!t&w)z1C4F7JaMePhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2E5H8KcNfQiUlXp#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdPgSjVnYq!t*w-A1D

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