前置：模电学习笔记_双极型晶体管及其放大电路（5）/)

一.基本知识点

2.8 功率放大电路

    功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，驱动扬声器、继电器等执行机构。

2.8.1 功率放大电路的特点及分类

1.功率放大电路的特点
（1）输出功率大
    功放管的电压电流需要有足够的输出幅度，因此晶体管往往在接近极限状态下工作
    注意：电路参数不能超过晶体管的极限值I~CM~,V~CEM~,P~CM~
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（2）效率高
    功率放大器的输出功率由直流电源供给的能量转换得到的。
    效率是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。比值越大，效率越高
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    P~O~：负载上得到的交流信号功率
    P~DC~：电源提供的直流功率

（3）非线性失真小

（4）功放管需要散热和保护
    在功率放大电路中，绝大部分功率消耗在集电结上，使得管子温度升高。

（5）一般采用图解法分析

2.功率放大电路的分类
    按照晶体管工作状态不同，一般模拟功放可以分为甲类（A类）、乙类（B类）、甲乙类（AB类）和丙类（C类）四种。
    （1）甲类放大（导通角θ=180°）：晶体管的静态Q点在放大区，在输入信号的整个周期内都有电流流过晶体管；
    （2）甲乙类放大（90°＜θ＜180°）：Q点靠近零点，晶体管有半个周期以上导通；
    （3）乙类放大（θ=90°）：Q点在零点（V~BE~＜0），晶体管只有半个周期导通；
    （4）丙类放大（θ＜90°）：Q点在零点以下（NPN:V~BE~＜0），晶体管导通时间小于半个周期

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2.8.2 互补对称功率放大电路

1.互补对称（互补推挽）功放的类型：
    （1）变压器输出方式
    （2）无变压器输出方式（OTL电路：Output TransformerLess）
    （3）无电容输出方式（OCL电路：Output CapacitorLess）

2.变压器耦合输出
    选择恰当的变比，即可在负载上得到尽可能大的输出功率

3.乙类互补功率放大电路原理及参数（OCL电路）
（1）电路组成及工作原理
    互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支。两管特性一致，组成互补对称式射极输出器。
    ★两个晶体管都只在半个周期内工作
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（2）实际乙类互补输出的波形图及其特点
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    ①静态电流I~CQ~，I~BQ~等于0；
    ②每个三极管导通时间为半个周期；
    ③由于死区电压的存在，电路存在交越失真
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（3）主要参数的计算
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    ①输出功率
        设负载上输出正弦电压幅度为V~OM~，则输出电流的幅度为I~OM~=V~OM~/R~L~，则：
        负载上得到的信号功率为P~o~=0.5V~om~I~om~=0.5V~om~^2^/R~L~。
        不考虑V~CES~时的最大输出功率：
        V~omax~=V~CC~，I~omax~=V~CC~/R~L~，P~omax~=0.5V~CC~^2^/R~L~
        考虑晶体管饱和压降V~CES~时的最大输出功率：
        V~omax~=V~CC~-V~CE（sat）~
        I~omax~=(V~CC~-V~CE（sat）~)/R~L~
        P~omax~=V~omax~^2^/(2R~L~)

②电源提供的直流平均功率计算
        每个电源中电流为半个正弦波（峰值为~V~om~），其平均值为
        I~av1~=I~av2~=V~om~/（πR~L~）
        两个电源提供的总功率为
        P~DC~=2V~CC~I~av1~=2V~CC~*V~om~/（πR~L~）
        当V~om~=V~omax~且忽略饱和压降V~CES~时，P~DCmax~=2V~CC~*V~CC~/（πR~L~）

③效率和最高效率
        输出幅值为某一电压时的效率
        P~o~/P~DC~=π/4 *V~om~/V~CC~
        V~omax~=V~CC~，P~omax~/P~DCmax~=π/4≈78.5%

（4）晶体管的选择（未考虑饱和压降）
        ①I~CM~＞V~CC~/R~L~
        ②V~(BR)CEO~＞2V~CC~
        ③P~CM~大于任意时刻电源功率与输出功率之差
        ④晶体管的最大功耗
                P~T1max~=P~T2max~=0.5(P~DC~-P~o~)=1/π^2^ *V~CC~^2^/R~L~≈0.2P~omax~
        故选择时，P~CM~＞0.2P~omax~

4.单电源供电的互补功率放大电路（无输出变压器的互补对称功放电路OTL）
（1）特点：
        ①单电源供电；
        ②输出加有大电容
（2）静态分析
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        调整R使得T~1~,T~2~有合适的静态电流
（3）动态分析
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        T~3~集电极电压信号为正半周时，T~1~导通（见红色虚线）、T~2~截止；
        T~3~集电极电压信号为负半周时，T~2~导通（见蓝色虚线）、T1截止；
        若输出电容足够大，电容上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。
（4）最大输出功率及效率（分析方法同OCL，参数计算中只需将OCL中的VCC用0.5VCC替代即可。)