电子线路-陈其纯版-第七章.doc

课题
7.1　低频功率放大器概述

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
1．理解低频功率放大器及基本要求
2．了解低频功率放大器的分类
3．掌握单管功率放大器的电路组成及工作原理

教学重点
工作原理，功率计算

教学难点
工作原理

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
1．石英晶体振荡器的特点。
2．串、并联谐振。
B．引入
在电子技术中，有时需要大的信号功率，该信号具有足够的功率去控制或驱动一些设备工作。例如：控制电动机的转动，驱动扬声器使之发声等。
C．新授课
7.1　低频功率放大器概述
一、低频功放及其基本要求
低频功率放大器：能输出低频信号的功率放大器。
功放和电压放大器的区别。
（1）小信号电压放大器。
①Vi，Ii ，Vo，Io较小；
②消耗能量小，输出信号的功率小，信号失真小；
③任务：对微弱的信号电压放大。
（2）功率放大器：
①任务：输出较大的信号功率；
②输入、输出电压和电流都较大－大信号放大器；
③消耗能量多，信号易失真，Po大。
3功放效率
①注意效率；
②Po；
③信号失真；
④晶体管的功耗；
⑤击穿电压。
（4）对性能良好功放的基本要求
①信号失真小；
②有足够的输出功率；
③效率高；
④散热性能好。
二、分类
１以晶体管的静态工作点分类
（1）甲类功放：Q点在交流负载线的中点。
①三极管处于放大状态；
②波形不失真；
③静态电流大，效率低。
（2）乙类功放：Q点在交流负载线和IB = 0输出特性曲线交点处。
①半个周期在放大区，另半个周期在截止区；
②只有半波输出；
③没有静态电流，效率高。
（3）甲乙类功放：Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。
①静态电流较小，效率仍较高；
②波形失真较小。
2、以功率放大器输出端特点分类
(1)有输出变压器功放电路。
(2)OTL功放电路。
(3)OCL功放电路。
(4)BTL功放电路。
7.2　单管功率放大器
一、电路组成

（1）元件作用：Rb1，Rb2，Re—— 偏置电阻
T1——输入变压器
T2——输出变压器
（结合图形分析）
（2）T2作用：
①一方面隔断直流耦合交流；
②变换阻抗，便负载获得较大的功率。
（3）R¢L= n2·RL，n = ，一次侧获得晶体管所需的最佳阻抗。
例：已知：RL = 8 W，Po = 140 mW，IC = 31 mA。
求：（1）R¢L（2）T2变比n
解：（1）Po =
R¢L = Po / = 140 / (31 ´ 10 - 3 ) 2 = 145.7W
（2）R¢L =n2 ·RL

二、电路工作原理
1．vi = 0静态，IC = ICQ，Vo = 0。
2．vi ¹ 0有输入信号经T1、Cb、Ce进入b和e极，产生ib→ 较大的ic。

练习
讨论：
（1）Cb作用?
（2）交流通路应如何画?直流通路呢?

小结
1．低频功率放大器的概述
2．分类
3．单管功率放大器

布置作业
习题七7-1

课题
7.2　单管功率放大器输出功率计算

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
1．掌握单管功率放大器输出功率的计算方法
2．理解图解法及其应用
3．会推导效率，并能分析功率集电极损耗与输入信号的关系

教学重点
输出功率的计算

教学难点
损耗的分析

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
1．功率放大器按Q点可以分成几类？
2．甲类功放的组成。
B．引入
电压放大器的分析办法采用估算法和图解法，通常用图解分析法分析功率放大器的工作情况。
C．新授课
7.2.2　输出功率及效率
一、输出功率
1．直流负载线：
因为T2一次侧线圈直流电阻很小，直流短路。
Re很小，0.5 ～10 W，直流压降可忽略不计。
VCE = VG - IC ( Rc + Re )
因为 Rc+Re » 0
所以 VCE = VG

结论：通过VG点而垂直于VCE轴的直线。
2．交流负载线：R¢L = n2RL
（1）理想：非常贴近于安全工作区边界而又不超过安全工作区的一条直线，使Po最大。

（2）加入信号后，输入信号电压足够大，动态iB在IB0～IB4之间，即在Q¢~Q² 两点之间移动。
（3）集电极输出交流功率 = T2 一次侧等效电阻R¢L上所得到的交流功率

输入越强，Icm、Vcem越大，Po也越大。
Icm≤ICQ，Vcem≤VG
Pom = ICQ·VG
二、效率
1．直流电源功率
PG = ICQ·VG
甲类功放从电源吸收的功率不随输入信号的强弱而变动。
2．
3．效率50 %
考虑VCES，ICFO，h仅40%～45%；
再考虑hT（0.75～0.85），h¢ =h·hT - （30 % ～ 35%）。
4．电路特点：效率低、波形不失真。
三、晶体管集电极损耗PC = PG－Po
无信号：Po = 0，PC = PG，损耗最大
有信号：Pom，PC = PG－Pom = PG
PC = Pom = PG
例：
已知：VG = 12 V，R2 = 8 W，输出变压器T变比n = 1.2，变压器损耗忽略。
求：（1）Pom（2）PG
解：（1）
（2）
方法二

练习
在甲类功放中，已知：ICQ = 2mA，VCEQ = 10V，RL = 50W 。
求：（1）理想最大不失真输出功率Pom；
（2）求变比n。
解：（1）
（2）

小结
（1）输出功率
（2）效率

布置作业
习题七7-2补充练习

课题
7.3　推挽功率放大器

课型
新课
授课班级

授课时数
1

教学目标
1．了解乙类推耗功放电路的组成及特点
2．会分析乙类推抗功放的工作原理
3．理解产生交越失真的原因及解决方法

教学重点
工作原理，交越失真

教学难点
交越失真

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
课件展示问题:
B．引入
1．当Vi = 0，Po = 0 ，PQ = ICQVG ，PC = ICQVG 最大值；
当Vi ¹ 0 ，Pom = ICQVG ， PG = ICQVG ，PC = ICQVG。
2．单管甲类：
① 波形不失真。
② 效率低。
可见：不论有无信号，电源供给功率不变。
Vi = 0，Po = 0，输入功率全部耗散在管子集电结上，对直流电能是个很大的浪费。
C．新授课
一、电路组成
1．甲类 → 乙类过程
讨论：
① 将静态工作点设置在截止区，在电路中，如何实现?不设置偏置电阻。
② 一个管子工作在截止区，输出波形只有一半，如何解决？两个管子轮流导通。
③ 两个都是同极性的管子如何实现轮流工作？采用带中心抽头的变压器。
2．T1，T2带中心抽头：
① 使电路对称，倒相作用。
② 输入、输出实现阻抗匹配。
二、工作原理:
1．静态时：直流通路。
VBEQ = 0，IBQ = 0，IC = 0，V1，V2工作于截止状态。
2．动态：

正半周：Vbe1＞0 ，V1导通，iC1逆时针，Vbe2＜0 ，V2截止，iC2 = 0；
负半周：Vbe1＜0 ，V1截止，iC1 = 0，Vbe1＞0，V2导通，iC2顺时针→ iL2。
推挽功放：两个功放管在正、负半周交替工作，像两人拉锯，一推一拉，称为推挽功放。
三、交越失真
1．产生的原因:
（1）三极管输入，输出特性的非线性。
（2）乙类功放的静态工作点选在截止区与放大区的交界处。
2．定义：当两只功放管交替工作时，输出端获得的合成波形在过零处出现失真，称为交越失真。
3．交越失真的产生：
（结合图形分析）

4．消除交越失真的方法：
（1）加适当的正向偏压：使基本存在微小的正向偏流。
（2）电路如何实现：电路上加Rb1、Rb2、Re三个电阻。
四、输出功率和效率
1．图解法：直流负载线仍垂直于横轴。
2．计算：
（1）每只功放管交流ICM（满额使用）：
ICM =，——R¢L输出T与每只功放管相连的那部分一次线圈在工作时的交流等效阻抗。
（2）总Po = 每只功放管工作时的集电极输出功率。

满额使用：V¢cm = VG，I¢cm = =
所以Pom = ， R¢L = 每只管子的等效阻抗。
一次侧为N1，二次侧为N2，则R¢ L=
3．效率：

练习
习题七7-3

小结
1．乙类功放电流组成
2．交越失真
3．Po功率计算

布置作业
习题七7- 4

课题
7.3.2　甲乙类推挽功放
OTL功放

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．了解甲乙类推抗功放的组成，熟悉电路
2．理解工作原理
3．理解OTL功放组成，明确元件作用
4．能分析OTL功放工作原理

教学重点
电路组成，工作原理

教学难点
工作原理

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
1．乙类Pom。
2．交越失真产生的原因。
B．引入
乙类推抗功放存在交越失真，产生的原因是Q点在截止区，改进的思路Q点适当提高一些，使Q点工作在甲乙类推抗功率放大器的截止区和放大区交界处的稍高处。
C．新授课
7.3.2　甲乙类推抗功率放大器
一、电路组成

1．产生失真的原因：Q点在截止区和放大区交界处。
2．解决方法：Q点稍微提高一些，给少量IBQ。
3．甲乙类推抗功率放大器：两只推抗管的静态工作点介乎甲类和乙类之间。
4．元件：
（1）Rb1，Rb2，Re——分压式电流负反馈，提供两管的静态偏流IBQ。
（2）Rb2为何要小一些？　　 输入信号经过Rb2会有损耗。
（3）对Re的取值有何要求？ 小，低频损耗小，（提高功率输出）。
7.4　无输出变压器的推抗功率放大器
变压器功放缺点：
①体积大。
②传输损耗。
③频率失真。
7.4.1　输入变压器倒相式推挽OTL功放电路
一、电路结构：

V1，V2——参数一改的NPN管。
R1，R2，Re1——V1的偏置电阻。
R3，R4，Re2——V2的偏置电阻。
Re1，Re2——反馈电阻，其作用有：
① 稳定静态工作点。
② 减小非线性失真。
输入变压器T——信号倒相耦合，获得两个大小相等，相位相反的信号：Vb1，Vb2。
二、工作原理：
1.静态时：
VA = ? 调节到VA =；
C上电压为多少？稳压后为；
RL上有无电流？无电流。
2．有Vi时：
Vi正半周：V1状态？导通；
V2状态？截止；
画出iC1的方向。
Vi负半周：V1状态？截止；
V2状态？导通；
画出iC2的方向。
结论：两管轮流工作，负载RL上获得完整的放大信号。
3．CL的容量一般选择得很大，为何？
（1）C大，XC可小些，可以减少耦合交流信号时的低频损耗。
（2）C大，充电量大，VC压降变化很小，利用它两端的电压兼作电源。
例：V1截止，V2导通，提供的电压。
4．有一定的阻抗变换作用。
分析：

（Re1，Re2阻值小，略去）
因为rce1 // rce2，所以rce↓，使得负载RL获得较理想的功率。

练习
习题七7－6

小结
1．甲乙类推挽功放
2．输入变压器倒相或推挽功放

布置作业
习题七7－5，7－7

课题
7.4.2　互补对称式推挽OTL功放电路

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．能识别电路，说出电路名称
2．明确RP2，R3，C4，R4元件作用，理解工作原理
3．会计算输出功率

教学重点
元件作用，输出功率

教学难点
元件作用

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
1．甲乙功放作用→消除交越失真。
2．OTL功放中C2的作用。
B．引入
互补对称推挽电路有两个导电极性不同的晶体管，彼此互补，不需要输入变压器对信号例相。为了信号不失真，β值和饱和压降等参数一致，即两个互补管电路要完全对称，故称为互补对称式功放电路。
C．新授课
7.4.2　互补对称式推挽OTL功放电路
一、电路结构：
1．元件作用：
V1：激励放大管（末前级放大管），给功放输出级以足够的推动信号。
RP1，R1，R2：V1的偏置电阻。
R4，R3，RP2：V1的集电极负载电阻。
V2，V3：互补对称推挽功放管。
C1：输入耦合电容。
C2：射极旁路电容，减小信号的损耗。
C3：输出耦合电容，并充当V3回路直流电源，C较大，几百至几千微法。
R4，C4：组成自举电路。
2．RP2作用
① 给V2，V3提供偏置电压（阻），克服交越失真；
② Vb1，Vb2应有多少电位差？0.8 V。
3．R4，C4作用：
（1）当无自举时：
V1，V2组态：共集电极，R3 >> R4，RP2，信号主要降落在R3上→ 共集电极：AP低。
（2）当有自举时：
R3大，信号从b≠e输入≠共发射极输入方式。
总结：C4：使V2，V3由共集电极接法转换成共发射极接法，从而使放大器的功率增益增大。
为何C4称自举电容：对交流信号，A点、B点一起升高或降低。
R4称为隔离电阻，将B点与地分开。
二、信号的放大过程：
1．在Vi的负半周： vi由 V1放大并倒相 → V2，V3放大（V2为正半周导通 ，V3为负半周截止），电流方向：V2 → C3，RL→ +VG → V2，得到正半周输出信号Vo；
2．在Vi的正半周：vi由V1放大并倒相→ V2，V3放大，（V2为负半周截止，V3为正半周导通），得到负半周输出信号vo。
三、最大输出功率：
1．工作状态：乙类推挽状态。
2．V¢com=VG，I¢cm=。
3．Pom = I¢cmV¢cem
=··
=
例：已知：VG = 8 V，RL = 8 W
解：Pom = = = = 1 W

练习
简述互补对称推挽功放电路工作原理

小结
1．互补对称推挽功放电路
2．元件作用
3．工作原理

布置作业
习题七7－8
补充

课题
7.5　OCL功放

课型
新课
授课班级

授课时数
2

教学目标
1．认识OCL功放电路
2．理解OCL功放的工作原理
3．会分析OCL实例电路

教学重点
OCL功放的工作原理

教学难点
OCL实例分析

学情分析

教学效果

教后记

新课
A．复习
1．在OTL互补电路中，RP2的作用？
2．R4，C4的作用？
B．引入
OTL功放电路由于去掉了输入和输出T，具有失真小的优点，故有“高传真”的称号，但在输出回路中有容量较大的电解电容。电容器内铝箔卷绕圈较多，电感效应大，故对不同频率的信号会产生不同的相移，输出信号有附加失真。
C．新授课
7.5.1　OCL功放电路简析
一、中点静态电位必须为零（VA = 0）。
1．电路组成

2．工作原理：
（1）正半周：V1状态：放大，V2状态：截止，iC1→ VG、V1、RL构成回路。
（2）负半周：V1状态：截止 ，V2状态：放大，iC2→ -VG、V2、RL构成回路。
总结：iC1，iC2流经RL时方向相反，RL上得到完整的正弦波形。
随堂练习：画出OCL功放电路的电流流通途径。
二、为何采用双电源电路
1．OTL电路中，输出采用C很大的电解电容器。C大小低频频率响应。
2．C不是纯电容，用铝箔卷绕方法制成，不可避免会有电感量，C越大，L越大，放大器对不同的频率产生不同的相移，使放大器的低频的性能变差。
3．采用直接耦合克服以上缺点
（1）电源对称性比OTL电路好 → 噪声和交流声较小；
（2）中点静态电流必须为0（VA = 0），保证静态时负载上不能有直流电流，对扬声器带来不良影响，甚至烧坏。
结论：
（1）电路用双电源；
（2）应有防止零漂的差分放大电路。
三、最大输出功率
1．V¢com=VG
2．I¢cm=
3．Pom=I¢cm·V¢com=·VG =
7.5.2　OCL实例电路
一、电路组成说明
1．复合管提高输出级的电流放大系数

问：哪些为复合管。
V4，V6为NPN型。
V5，V7为PNP型。
2．用差分放大输入级抑制零漂
V1，V2用双电源。
3．其他元件：
（1）V3 为激励级。
（2）C5 高频负反馈电容、防止V3高频自激。
（3）R7，V3，V9把V4，V5基极直流电位分开。
（4）R5，R7，C3，R6——低频信号负反馈电路。
（5）R16，C6——高频消噪电路。
（6）R4，C2——差分放大器的电源滤波。

练习
习题七7-9

小结
（1）OCL电路组成
（2）Pom计算
（3）实用OCL电路分析

布置作业
习题七7-10

2-23