第九章 功率放大电路
对功放电路来讲， 由于输出功率较大， 效率问题就 变得十分重要， 否则， 就会造成极大的功率浪费， 甚至 还会带来功率管的不安全因素。 效率定义为
Po η = × 100% PE
(9.1.3)
将式（9.1.2）代入式（9.1.3）可得
η Po = Pc 1 −η
将随η增加而迅速提高。
第九章 功率放大电路 9.1.2 功率放大电路的工作状态 功率放大电路的工作状态
功率放大电路根据静态工作点Q的位置不同， 可分为 A类、 B类、 C类来描述功放电路的工作状态， 如图 9.1.1所示。 1. A类工作状态 类工作状态 如图9.1.1(a)所示， 工作点Q设在交流负载线的中点处， 即放大管在输入信号整个周期内变化， ICQ不为零， 放大 管均导通， 导通角θ=360°。特点： 静态电流大； 动态时， 整个信号周期内有电流， 非线性失真小， 管耗大， 且效 率最低； 用于小信号放大和驱动级。
功率放大电路的主要任务是不失真地给负载提供足够 大的信号功率。 从能量转换的观点看， 功率放大电路与电 压放大电路并无本质上的差别， 只是考虑问题的侧重点不 同。 功率放大电路工作在大功率、 大信号状态下， 其特点 和要求如下： (1) 输出功率尽可能大。 由于功率是电压和电流的乘 积， 为了获得大的输出功率， 功率管上的电压和电流都要 有足够大的幅度， 即
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பைடு நூலகம்
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
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9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
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工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们都出现了严重的波形失 真。 因此， 既要保持静态时管耗小， 又要使失真不 太严重， 这就需要在电路结构上采取措施， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
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9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
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(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
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图9.1.1 功放电路的工作状态 (a) A类工作状态； (b) B类工作状态； (c) C类工作状态
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2. B类工作状态 类工作状态 如图9.1.1(b)所示， 工作点Q设在截止点处， ICQ=0。 输入信号在整个周期内变化时， 放大管只有半周导通， 另外半周截止， 导通角θ=180°。 特点： 静态电流约等于零； 动态时，半个周期内无 电流， 效率较高， 但非线性失真大；用于功率放大电路。
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图9.1.2 AB类工作状态
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9.1.3
提高功率放大电路效率的方法 提高功率放大电路效率的方法
由于电源供给的功率是由信号输出功率和管耗组成的， 因此降低管耗可有效地提高功放电路的效率。 由功放工作 状态分类可知， 静态电流是产生管耗的主要因素， 提高效 率应尽可能降低功放管的静态工作点， 使静态电流很小或 为零， 所以， 功放电路通常采用AB类或B类工作状态。
9.2.1 B类互补对称功率放大电路 类互补对称功率放大电路 1. 电路组成 电路组成 由上节分析可以看出， 功放电路采用B类工作状态可以提高 效率， 但功放管工作在B类时， 管子的静态工作电流为零， B 输出波形将被削去一半， 从而产生严重的非线性失真。 由 于电路结构对称， 两管输出电流波形互相补偿， 最后在负 载得到不失真的波形。互补跟随对称功率放大器电路结构与 集成运放输出级很相似， 其中二极管VD1、VD2的作用是克 服“交越失真”， 如图9.2.1(a)所示。
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1 Po = I 有效U 有效＝ I omU om 2
(9.1.1)
显然， 功率管处于大信号范围工作， 小信号等效电路分析 法就不准确了， 所以在功率放大电路中一般采用图解分析法 进行分析。 (2) 效率要高。 由于负载得到的有用功率是在输入信号 的控制下， 通过晶体管的作用由直流电源提供的能 量转换而来， 在转换时， 管子和电路中的耗能元件均要消 耗功率。 设直流电源提供的直流功率为PE， 交流输出功率 为Po， 集电极损耗功率为PC, 则 PE=Po+PC （9.1.2）
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图9.2.1 双电源互补跟随对称功放电路 (a) 电路图； (b) 正半周； (c) 负半周
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2. 工作原理 工作原理 静态(ui=0)时，V1、V2处于微导通状态， 静态工作电流 IC1Q=IC2Q≈0, IL=0。 动态(ui≠0)时，在输入信号正半周时(ui>0)，V1管发射结 因加正向电压而导通，V2管截止， 集电极电流iC1流过负载 RL；在输入信号负半周时(ui<0)，V1管截止， 而V2管导通， 集电极电流iC2流过负载RL，但方向与正半周相反， 波形如图 9.2.1(b)、(c)所示。 显然，在输入信号一个周期内，V1、V2两管交替工作， 以弥补对方不能导通的半个周期的波形， 在负载RL上合成一 个完整的输出波形。 由于该电路两管特性参数对称， 并且 正、 负电源相等， 故又称之为互补跟随推挽功率放大器。
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3. C类工作状态 类工作状态 如图9.1.1(c)所示， 工作点Q位于截止区, ICQ=0， 导通角 θ<180°。 特点： 静态电流等于零; 动态时， 小于半个周期以内有 电流， 导通角θ<180°， 效率更高， 失真最大； 用于高频功 率放大电路。 此外， 还有一种工作状态称为AB类工作状态， 它介于A 类与B类状态之间。 在这种状态下， 放大管中的电流流通时 间大于信号的半个周期， 而小于整个周期， 如图9.1.2所示。 这种工作状态兼有A类失真小和B类效率高的优点， 是A类和 B类的折中方案。