一、功率放大器

输出级往往是直接带负载，需要考虑功率驱动

前几章都在讲电压放大器，而现在放大功率，不仅需要大电压，还需要大电流。

功放一般都是小负载，如小喇叭，欧姆级电阻。与之相匹配的是输出电阻（本质上与负载串联）因此输出电阻要尽可能小，在负载上才能分得尽可能大的电压。

对于功放，需要关注效率。对于信号来说，只要不失真，不影响信号的传输，再低的效率都无所谓。但功放传输的能量较高，传输效率要是低了，会产生大量的热量，可能会影响半导体的正常工作

二、晶体功率管

用晶体管制成的功率放大器是最常见的，其中最常用的就是 BJT 功率管

功率管不能过压，不能过流，不能过损，也不能失真

1. BJT 功率管

对于 BJT 放大器而言，其管耗为

其中，故后一项可以忽略

为了让静态管耗尽可能小，从而效率提高，需要将点下降，需要减小，即需要减小，因此调高

当三极管工作在截止区的时候，此时取最小值，因此。

而工作在饱和区时有，此时取最大值，为

当截止区时，此时取最小值，因此，

如何求最大值？对求导

，即，功率最大为

仍然不是一个小功率，因此很多三极管都有做散热鳍片

三、放大器的分类

我们都希望永远放大，即三极管永远处于工作状态，永远不饱和也永远不截止，称这种状态为「Class A」，此时不失真，但管耗大，效率低，导通角为 $\theta=360\degree $

可以将 Q 点降低至截止区，使三极管只工作半个周期，此时只有正半周放大，静态管耗为零，称之为「CLASS B，此时

向上一点点「CLASS AB」

最低「CLASS C」，参见通信电子线路这门课

本章只关注「CLASS B」和「CLASS AB」

1. CLASS A

当Q点恰好在负载曲线中间，即时，此时交流幅值可以最大

此时 BJT 上的功率损耗可以表示为

其中，最大时，最小

其中为信号的峰值电压和电流，即，

定义功率传输效率（Power conversion effciency）为负载功率和电源功率的比

其中负载功率等于负载两端电压的有效值乘流过负载的电流的有效值

而提供的电源功率为

因此对于 CLASS A，效率最高也就只有

效率太低，因此只适合用来做电压放大，不能作为功率放大器！

2. CLASS B

2.1 电路结构

考察下图的射极跟随器，对于左图的 NPN 射极跟随器，由于，因此只输出正半周，负半周完全失真，而 PNP 射极跟随器则反之，只输出负半周。

那如果让两个 BJT 共用相同的输入和负载，使其一起输出，就可以还原原来的波形。电路图如下。

由正负双电源给一对互补的 NPN 和 PNP 射极跟随器，称这样的功率放大器为「互补对称功率放大器」。这两个管子的参数要尽可能一模一样。推挽式输出，正负电源同时供电。

2.2 工作原理

对于正半周，电流流向为
对于负半周，电流流向为

因此负载端的最大有效电压可以表示为

其中为三极管饱和值

2.3 计算

图像分析

负载最大功率

其中为的饱和值

负载功率可表示为

单管管损

对于双管而言

当输出电压最大时，管耗也最大吗？管耗对求导得到

其图像类似于

当：

因此当输出电压最大值为时，管耗最大。此时在管上会损失约的功率

电源功率

双电源供电

当时

效率

可算得效率

当时

远远大于 CLASS A

2.4 如何选择功放三极管

存在几个限制条件

设每只 BJT 的最大允许管耗为，电路的最大不失真输出功率为，单管能承受的最大电压为，最大电流为

$上下两个$

但以上条件都是建立在的情况下

限制1

设每只 BJT 的最大允许管耗为，电路的最大不失真输出功率为

这是因为当电路达到最大不失真功率时，管耗最大可以达到最大不失真功率的，此时如果 BJT 设计的最大管耗不够大，就可能被烧毁。

限制2

单管能承受的最大电压为，则

这是因为当一个 BJT 工作而另一个 BJT 不工作时，不工作的 BJT 的 CE 极间没有电压，因此双电源的电压全部加在了工作管的 CE 极间。此时如果 BJT 设计的最大 CE 电压不够大，就可能被击穿。

限制3

单管能承受的最大电流为，则

这是因为当功放工作时，通过 CE 的电流最大可以达到，此时如果 BJT 设计的最大通过电流不够大，就可能被烧毁。

2.5 结论

一对互补的 NPN 和 PNP 三极管，每个管子只传输半个周期，静态工作点的电流为零，因此最大电源效率为

但 BTJ 的发射极存在导通电压，在正向电压过小时，即时，发射极不导通，即不工作状态因此存在「死区」，导致输出波形出现失真，称之为「交越失真」（Crossover distortion）

3. CLASS AB

为了解决 CLASS B 中出现的交跃失真，尝试将 CLASS B 中的静态工作点调高一点点

3.1 偏置电路

加一个小的偏置电压，使得BJT「微导通」，使得就算交流信号很小时BTJ也能导通

令，就可以使 BJT 处在即将导通的边缘

3.2 二极管法

直接直流供电？工程上不现实。可以用一个导通的二极管来提供一个稳定的电压。

类似于 CLASS B，但微笑的直流偏置让 BJT 中存在微小的支流电流，因此其功率效率会略小于 CLASS B

3.3 BJT 法

由于 BJT 内部的 PN 结同样可以提供稳定的电压，因此可以用另外的 BJT 来提供直流偏置。

忽略可以得到

因此若和为常数，作为偏置同样也将是个常数

3.4 单直流电压源

调整和的值，使其满足

则 C 上的压降为

因此可以作为负电压源

MOS 管功放（考试不考）

为了让输出电阻小，共漏极

开启电压一般不只0.7，为了让他正常偏置，不能简单的直接加二极管

考试要求

基本上肯定考 CLASS AB，