文章目录

一、功率放大电路的特点及主要研究对象
二、乙类双电源互补对称功率放大电路
- 2-1 电路组成
- 2-2 分析计算
三、功率BJT的选择
四、甲乙类功放

重点：\color{Red}{重点：}重点：
①乙类双电源互补对称电路计算\color{Red}{①乙类双电源互补对称电路计算}①乙类双电源互补对称电路计算
②甲乙类双电源互补对称电路计算\color{Red}{②甲乙类双电源互补对称电路计算}②甲乙类双电源互补对称电路计算
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一、功率放大电路的特点及主要研究对象

功率发大电路特点
▶\blacktriangleright▶功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。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。
▶\blacktriangleright▶一般直接驱动负载，带载能力要强。

要解决的问题
▶\blacktriangleright▶提高效率
▶\blacktriangleright▶减小失真
▶\blacktriangleright▶管子的保护
分析方法：一般采用图解法

为了输出不失真，可以把Q点设在交流负载线中点，三极管360°导通，称为甲类工作状态。
▶\blacktriangleright▶甲类:一个周期内均导通
▶\blacktriangleright▶乙类:导通角等于180°
▶\blacktriangleright▶甲乙类:导通角大于180°

因为静态电流较大，所以甲类放大的效率理论上不超过25%。
为了提高效率，在电源不变的时候必须降低损耗，静态工作电流是损耗的主要因素，可以使Q点下降，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此时虽降低了静态损耗，但又产生了失真问题。解决的办法是采用互补电路。

二、乙类双电源互补对称功率放大电路

2-1 电路组成

由NPN管组成的CC电路与PNP管组成的CC电路合并而成（B极相连，E极相连)，NPN管与PNP管是特性相同的互补三极管。
采用正、负双电源供电
这种电路也称为OCL（无电容器，便于集成）互补功率放大电路

2-2 分析计算

（1）静态分析
vi=0v_i=0vi=0，两个三极管均为截止状态，T1、T2T_1、T_2T1、T2均无电流通过，故VE=0V_E=0VE=0,VCE1=VEC2=VCCV_{CE1}=V_{EC2}=V_{CC}VCE1=VEC2=VCC
（2）动态分析

当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的死区电压，此时NPN型三极管导电，当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的死区电压，此时PNP型三极管导电。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导通,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。vo=vomsinωtv_o=v_{om}sin\omega tvo=vomsinωt

输出功率:
▶\blacktriangleright▶ vo=vomsinωtv_o=v_{om}sin\omega tvo=vomsinωt
▶\blacktriangleright▶ iL=VomsinωtRLi_L=\frac{V_{om}sin\omega t}{R_L}iL=RLVomsinωt
▶\blacktriangleright▶ Po=VoIo=Vom22RLP_o=V_oI_o=\frac{V_{om}^2}{2R_L}Po=VoIo=2RLVom2
▶\blacktriangleright▶ Pomax=(VCC−VCES)22RLP_{omax}=\frac{(V_{CC}-V_{CES})^2}{2R_L}Pomax=2RL(VCC−VCES)2
▶\blacktriangleright▶ 忽略vCESv_{CES}vCES时，最大不失真输出功率：Pomax≈VCC22RLP_{omax}\approx\frac{V_{CC}^2}{2R_L}Pomax≈2RLVCC2
管耗PTP_TPT
▶\blacktriangleright▶单个管子在半个周期内的管耗:PT1=1RL(VCCVomπ−Vom24)P_{T1}=\frac{1}{R_L}(\frac{V_{CC}V_{om}}{\pi}-\frac{V_{om}^2}{4})PT1=RL1(πVCCVom−4Vom2)
▶\blacktriangleright▶两管管耗:PT=PT1+PT2=2RL(VCCVomπ−Vom24)P_{T}=P_{T1}+P_{T2}=\frac{2}{R_L}(\frac{V_{CC}V_{om}}{\pi}-\frac{V_{om}^2}{4})PT=PT1+PT2=RL2(πVCCVom−4Vom2)
电源供给的功率PVP_VPV
▶\blacktriangleright▶PV=Po+PT=2VCCVomπRLP_V=P_o+P_T=\frac{2V_{CC}V_{om}}{\pi R_L}PV=Po+PT=πRL2VCCVom
▶\blacktriangleright▶当Vom≈VCCV_{om}\approx V_{CC}Vom≈VCC时，PVm=2VCC2πRLP_{Vm}=\frac{2V_{CC}^2}{\pi R_L}PVm=πRL2VCC2
效率η\etaη
▶\blacktriangleright▶η=PoPV=πVom4VCC\eta=\frac{P_o}{P_V}=\frac{\pi V_{om}}{4V_{CC}}η=PVPo=4VCCπVom
▶\blacktriangleright▶当Vom≈VCCV_{om}\approx V_{CC}Vom≈VCC时，η=π4≈78.5\eta=\frac{\pi}{4}\approx78.5η=4π≈78.5%

三、功率BJT的选择

（1）最大管耗和最大输出功率的关系
当Vom=2πVCC≈0.6VCCV_{om}=\frac{2}{\pi}V_{CC} \approx 0.6V_{CC}Vom=π2VCC≈0.6VCC时，具有最大管耗PT1m=1π2VCC2RL≈0.2PomP_{T1m}=\frac{1}{\pi^2}\frac{V_{CC}^2}{R_L}\approx 0.2P_{om}PT1m=π21RLVCC2≈0.2Pom
（2）功率BJT的选择:
▶\blacktriangleright▶三极管的最大集电极电流应满足:ICM≥VCCRLI_{CM}\geq \frac{V_{CC}}{R_L}ICM≥RLVCC
▶\blacktriangleright▶三极管承受的最大反向电压应满足:V(BR)CEO>2VCCV_{(BR)CEO}> 2V_{CC}V(BR)CEO>2VCC
▶\blacktriangleright▶三极管的最大允许管耗必须满足:PCM≈0.2PomP_{CM}\approx 0.2P_{om}PCM≈0.2Pom

四、甲乙类功放

注：单电源不考，暂未总结，有时间更新。

当输入信号viv_ivi低于门坎电压数值时,T1T_1T1和T2T_2T2都截止, ic1i_{c1}ic1和ic2i_{c2}ic2基本为零,负载R上无电流通过,出现一段死区,如图9.4.1b所示。这种现象称为交越失真。

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。
（1）利用二极管提供偏置电压，此时的互补功率放大电路如图所示。

二极管等效为恒压模型
可对T1T_1T1T2T_2T2提供静态设置使它们微微导通，即工作在甲乙类。
例：一双电源互补对称电路如图题9.4.5所示(图中未画出T3T_3T3的偏置电路),设输人电压viv_ivi为正弦波，电源电压VCC=24V，RL=16ΩV_{CC} = 24 V，R_L= 16 \OmegaVCC=24V，RL=16Ω。由T3T_3T3管组成的放大电路的电压增益ΔC3/ΔD3=−16\Delta_{C3}/\Delta_{D3}=-16ΔC3/ΔD3=−16 ,射极输出器的电压增益为1 ,试计算当输入电压有效值Vi=1VV_i=1VVi=1V时,电路的输出功率PoP_oPo、电源供给的功率PVP_VPV、两管的管耗PTP_TPT以及效率η\etaη。

解：
Po=Vo2RL=16Vi2RL=16WP_o=\frac{V_{o}^2}{R_L}=\frac{16V_i^2}{R_L}=16WPo=RLVo2=RL16Vi2=16W
PT=2RL(VCCVomπ−Vom24)=5.6WP_T=\frac{2}{R_L}(\frac{V_{CC}V_{om}}{\pi}-\frac{V_{om}^2}{4})=5.6WPT=RL2(πVCCVom−4Vom2)=5.6W
PV=PT+Po=21.6WP_V=P_T+P_o=21.6WPV=PT+Po=21.6W
η=PoPV≈74.1\eta=\frac{P_o}{P_V}\approx74.1η=PVPo≈74.1%

（2）利用三极管提供偏置电压

只要适当调节R1R_1R1、R2R_2R2的比值,就可改变T1T_1T1T2T_2T2的偏压值。

经典习题：P419P_{419}P419习题9.4.5

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