模擬电路第四章低频功率放大电路.docVIP

第4章 低频功率放大器 §4.1 教 学 要 求 1、熟悉功率放大器的特点和主要研究对象。 2、熟悉功率放大器的分类，掌握甲类、乙类、甲乙类的概念。 3、熟练掌握OCL电路的工作原理及其性能分析，熟悉交越失真的概念及克服交越失真的方法；区别OTL与OCL电路的特点。 4、正确估算功率放大电路的输出功率和效率，了解功放管的选择方法。 5、了解集成功率放大器的性能特点及其应用。 4.2 基本概念和内容要点 4.2.1功率放大器的特点和主要研究对象 功率放大器的主要功能是在保证信号不失真（或失真较小）的前提下获得尽可能大的信号输出功率。由于通常工作在大信号状态下，所以常用图解法进行分析。在功率放大器研究中需要关注的主要问题有： 1、要求输出功率Po尽可能大 Po=VoIo （4—1） 为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此，功放管往往在接近极限状态下工作。 2、效率η要高 3、正确处理输出功率与非线性失真之间的矛盾 同一功放管随着输出功率增大，非线性失真往往越严重，因此，应根据不同的应用场合，合理考虑对非线性失真的要求。 4、功放管的散热与保护问题 在功率放大器中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，功放管的散热是一个很重要的问题。 此外，在功率放大器中，为了输出大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功放管损坏的可能性也就比较大，所以，功放管的保护问题也不容忽视。 4.2.2 低频功率放大器的分类 通常在加入输入信号后，按照输出级晶体管集电极电流的导通情况，低频功率放大器可分为三类：甲类、乙类、甲乙类。如图4.1所示。 甲类；在信号的一个周期内，功放管始终导通，其导电角θ=360o。该类电路的主要优点是输出信号的非线性失真较小。主要缺点是；直流电源在静态时的功耗较大，效率η较低，在理想情况下，甲类功放的最高效率只能达到50%。 乙类；在信号的一个周期内，功放管只有半个周期导通，其导电角θ=180o。该类电路的主要优点是直流电源的静态功耗为零，效率η较高，在理想情况下，最高效率可达78.5%。主要缺点是；输出信号中会产生交越失真。 甲乙类；在信号的一个周期内，功放管导通的时间略大于半个周期，其导电角180o＜θ＜360o。功放管的静态电流大于零，但非常小。这类电路保留了乙类功放的优点，且克服了乙类功放的交越失真，是最常用的低频功率放大器类型。 4.2.3 乙类双电源（OCL）互补对称功率放大电路 1、电路组成 如图4.2所示。 由两射极输出器组成基本的互补对称电路。 OCL为Output Capacitorless（无输出电容 器）的缩写。 2、工作原理 在输入信号vi的整个周期内，T1、T2轮流导电半个周期，使输出vo的iL是一个完整的信号波形，如图4.3所示。 3、电路的性能分析 （1）输出功率Po 最大输出功率为： （2）晶体管管耗PT 当Vom≈0.6VCC时，具有最大管耗，最大管耗PT1M为： PT1M≈0.2Pom （4—6） （3）直流电源供给的功率PV 电源供给的最大输出功率为： （4）效率η 当Vom≈VCC时，效率最高，最大效率为： 4、功率管的选择 （1）PCM≥0.2Pom （4—11） （2）V(BR)CEO≥2VCC （4—12） （3）ICM≥VCC /RL （4—13） 5、存在的问题 由于电路没有直流偏置，而功率 三极管的输入特性又存在死区，所以， 输出信号在零点附近会产生交越失真 现象，如图4.4所示。 4.2.4 甲乙类双电源（OCL）互补对称功率放大电路 1、引入思想 为了克服交越失真，在静态时，为输出管T1、T2提供适当的偏置电压，使之处于微导通，从而使电路工作在甲乙类状态。 2、甲乙类OCL电路静态点的设置方案 如图4.5所示。 图4.5（b）所示的偏置方法在集成电路中常用到。可以证明： 适当调节R1、R2的比值，即可改变T1、T2的偏压值。 3、电路的性能指标 上述电路的静态工作电流虽不为零，但仍然很小，因此，其性能指标仍可用乙类互补对称电路的公式近似进行计算。 4.2.5 单电源（OTL）互补对称功率放大电路 1、电路原理图 如图4.6