第十章功率放大電路東華大學(xué)

1、東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第第6 6章章 功率放大電路功率放大電路東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU第第6 6章章 功率放大電路功率放大電路1 1、對輸出級的要求、對輸出級的要求2 2、功率放大電路的一般問題、功率放大電路的一般問題3 3、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功放電路、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功放電路4 4、甲乙類互補(bǔ)對稱功放電路、甲乙類互補(bǔ)對稱功放電路5 5、OCL功放電路的分析計算功放電路的分析計算6 6、OTL功放電路功放電路7 7、功放晶體管的極限參數(shù)、功放晶體管的極限參數(shù)8 8、功放電路應(yīng)用舉例、功放電路應(yīng)用舉例東華大學(xué)電路電子中心 E

2、.E.CENTER DHU一、對輸出級的要求對輸出級的要求：對輸出級的要求： 帶負(fù)載能力強(qiáng)；帶負(fù)載能力強(qiáng)；采用射極輸出形式。采用射極輸出形式。 直流功耗?。灰箪o態(tài)工作電流小。直流功耗小；要求靜態(tài)工作電流小。 負(fù)載電阻上無直流功耗；保證輸入為零時輸出為零。負(fù)載電阻上無直流功耗；保證輸入為零時輸出為零。 最大不失真輸出電壓最大；雙電源供電時最大不失真輸出電壓最大；雙電源供電時Uom的峰值接近電的峰值接近電源電壓。單電源供電源電壓。單電源供電Uom的峰值接近二分之一電源電壓。的峰值接近二分之一電源電壓。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大電路的一般問題1.1.功率放大電路

3、的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn) 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工管子工作在接近極限狀態(tài)。作在接近極限狀態(tài)。 2.2.要解決的問題要解決的問題 提高效率提高效率 減小失真減小失真 管子的保護(hù)管子的保護(hù)一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。3.3.提高效率的途徑提高效率的途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大電路的一般問題4.4.放大管的

4、三種工作狀態(tài)放大管的三種工作狀態(tài)根據(jù)三極管正弦信號整個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，有：根據(jù)三極管正弦信號整個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，有：乙類：乙類：導(dǎo)通角等于導(dǎo)通角等于180甲類：甲類：一個周期內(nèi)均導(dǎo)通一個周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：甲乙類：導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU二、功率放大電路的一般問題5.5.功率放大電路主要技術(shù)指標(biāo)功率放大電路主要技術(shù)指標(biāo)最大輸出功率最大輸出功率Pom、轉(zhuǎn)換效率、轉(zhuǎn)換效率、三極管的耗散功、三極管的耗散功率率PT和電源提供的功率和電源提供的功率PE6.6.功率放大電路的晶體管選擇功率放大電路的晶體管選擇極限參數(shù)極限參數(shù)PCM、 ICM和和U(B

5、R)CEO的計算的計算7.7.功率放大電路的分析方法功率放大電路的分析方法采用大信號圖解法分析采用大信號圖解法分析東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU1、電路組成電路組成三、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路由一對由一對NPN、PNP特性相同的互特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為源供電。這種電路也稱為OCL互互補(bǔ)功率放大電路。補(bǔ)功率放大電路。2. 工作原理工作原理兩個三極管在信號正、負(fù)半周兩個三極管在信號正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個完負(fù)載得到一個完整的波形。整的波形。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER

6、DHU3、交越失真交越失真三、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路消除失真的方法：消除失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。信號在零附信號在零附近兩只管子近兩只管子均截止均截止開啟開啟電壓電壓東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU4、消除交越失真的功率放大電路方案消除交越失真的功率放大電路方案三、乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路 對偏置電路的要求：有合適的對偏置電路的要求：有合適的Q點(diǎn)，且動態(tài)電阻盡可點(diǎn)，且動態(tài)電阻盡可能小，即動態(tài)信號的損失盡可能小。能小，即動態(tài)信號的損失盡可能小。 如果如果信號為零時信號為零時兩只管子處于兩只管子處于臨界導(dǎo)通臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)，或微導(dǎo)通

7、狀態(tài)，那么當(dāng)那么當(dāng)有信號輸入時有信號輸入時兩只管子中至少有一只導(dǎo)通，因兩只管子中至少有一只導(dǎo)通，因而消除了交越失真。而消除了交越失真。 二極管導(dǎo)通時，對直流電源的作用可近似等效為一個二極管導(dǎo)通時，對直流電源的作用可近似等效為一個0.60.8V的直流電源，對交流信號的作用可等效為一的直流電源，對交流信號的作用可等效為一個數(shù)值很小的動態(tài)電阻。個數(shù)值很小的動態(tài)電阻。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU四、甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路1、電路組成和工作原理電路組成和工作原理ib2b1D2D1B1B2uuuUUU 動態(tài)：動態(tài)：靜態(tài)：靜態(tài)：T1、T2管，管，D1、D2管的參管的參數(shù)相同，靜態(tài)時

8、數(shù)相同，靜態(tài)時T1、T2兩管兩管電流相同，流經(jīng)負(fù)載的電流電流相同，流經(jīng)負(fù)載的電流為零。有輸入信號時，一管為零。有輸入信號時，一管電流增加，另一管電流減小，電流增加，另一管電流減小，在負(fù)載上產(chǎn)生輸出電流，消在負(fù)載上產(chǎn)生輸出電流，消除了交越失真。除了交越失真。D1、D2消除消除交越失真交越失真東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU四、甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路2、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出電路組成和準(zhǔn)互補(bǔ)輸出電路組成和UBE倍增電路倍增電路BE443B1B3B2URRRUII ，則若UBE倍增電路倍增電路采用采用T3、T4復(fù)合管組成復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出電路的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出電路東華大學(xué)電路電子中心 E.E

9、.CENTER DHU五、OCL功放電路的分析計算1、最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax2 2)( )2(=RVRVVRVVP 實(shí)際輸出功率實(shí)際輸出功率P Po oL2omLomomooo222=RVRVVIVP 東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU五、OCL功放電路的分析計算2、管耗管耗PT 單個管子在半個周期內(nèi)的管耗單個管子在半個周期內(nèi)的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP )d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(

10、12omomCCLVVVR 兩管管耗兩管管耗 T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR 最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系:omT1m2 . 0PP 選管依據(jù)之一選管依據(jù)之一東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU五、OCL功放電路的分析計算3、電源供給的功率電源供給的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV當(dāng)時，時， CComVV 2L2CCVmRVP 4、效率、效率 CComVo4=VVPP 當(dāng)時，時， CComVV % 78.54 甲乙類互補(bǔ)對稱功放電路所有參數(shù)計算方法與此相同。甲乙類互補(bǔ)對稱功放電路所有參數(shù)計算方法與此相同。東華大學(xué)電路電子中

11、心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（OTL）基本電路基本電路工作原理：工作原理：T3管組成前置放大級管組成前置放大級，T1、T2組成互補(bǔ)對稱電路輸出級組成互補(bǔ)對稱電路輸出級，K點(diǎn)靜態(tài)點(diǎn)位點(diǎn)靜態(tài)點(diǎn)位VK=VCC/2信號負(fù)半周信號負(fù)半周T1導(dǎo)通，電流流導(dǎo)通，電流流過負(fù)載過負(fù)載RL并向并向C充電充電；信號信號正半周正半周T2導(dǎo)通導(dǎo)通C充當(dāng)充當(dāng)-VCC通通過負(fù)載放電。若時間常數(shù)過負(fù)載放電。若時間常數(shù)RLC足夠大，足夠大，C代替原來的代替原來的負(fù)電源。負(fù)電源。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放電路甲乙類單電源

12、互補(bǔ)對稱電路（甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（OTL）自舉電路自舉電路R3C3組成自舉電路組成自舉電路自舉作用：自舉作用：靜態(tài)時，靜態(tài)時，VK=VCC/2，VD=VCC-IC3R3，電容，電容C3被充電到被充電到VC3=VCC/2-IC3R3。R3C3足夠大時足夠大時VC3為常數(shù)，在為常數(shù)，在信號的負(fù)半周信號的負(fù)半周T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，K點(diǎn)電點(diǎn)電位上升，位上升，D點(diǎn)電位自動跟著上點(diǎn)電位自動跟著上升，有足夠的基極電流使升，有足夠的基極電流使T1導(dǎo)電。導(dǎo)電。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU六、OTL功放電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（OTL）電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)單電源供

13、電，最大不失真輸出電壓幅度近似等于單電源供電，最大不失真輸出電壓幅度近似等于VCC/2，輸出端輸出端必須要有必須要有足夠大容量的足夠大容量的電容器電容器。參數(shù)計算方法參數(shù)計算方法乙類雙電源互補(bǔ)對稱功放導(dǎo)出的計算公式只要稍加修正乙類雙電源互補(bǔ)對稱功放導(dǎo)出的計算公式只要稍加修正即可使用。即可使用。修正方法：將原來所有公式中的修正方法：將原來所有公式中的VCC用用VCC/2替代。替代。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶體管的極限參數(shù)CMLCCmaxCIRVi CEO(BR)CCmaxCE2UVu 在輸出功率最大時，因管壓降最小，故管子損耗不大；在輸出功率最大時，因管壓降最小

14、，故管子損耗不大；輸出功率最小時，因集電極電流最小，故管子損耗也不大。輸出功率最小時，因集電極電流最小，故管子損耗也不大。選擇晶體三極管的三個極限參數(shù)：選擇晶體三極管的三個極限參數(shù)：CMmaxmaxCP、CEui 什么時候輸出功率最大？什么時候輸出功率最大？東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶體管的極限參數(shù)omom2TmaxL2CComCES2 . 0220PPPRVPU ，則若L22CCTmax RVP 將將UOM代入代入PT的表達(dá)式，可得的表達(dá)式，可得PT對對UOM求導(dǎo)，并令其為求導(dǎo)，并令其為0 0，可得，可得CCCCOM 6 . 02VVU 管子功耗與輸出電壓峰值

15、的關(guān)系為：管子功耗與輸出電壓峰值的關(guān)系為：ttRUtUVP d sin) sin(21LOM 0 OMCCT )4(12omomCCLVVVR 東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU七、功放晶體管的極限參數(shù)因此，設(shè)計功放電路選擇晶體管時，其極限參數(shù)應(yīng)滿足因此，設(shè)計功放電路選擇晶體管時，其極限參數(shù)應(yīng)滿足 L2CCmaxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM22 . 02RVPPVuURViI管子的最大管耗與輸出最大功率之間的關(guān)系為：管子的最大管耗與輸出最大功率之間的關(guān)系為：omom2Tmax2 . 02PPP 東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU八、功放電

16、路應(yīng)用舉例1 1、功放電路通常作為多級放大的輸出級、功放電路通常作為多級放大的輸出級第一級：雙端輸入單端輸出的差放第一級：雙端輸入單端輸出的差放第二級：以復(fù)合管為放大管的共射放大電路第二級：以復(fù)合管為放大管的共射放大電路第三級：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級第三級：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級動態(tài)電阻無窮大動態(tài)電阻無窮大（1 1）電路組成）電路組成東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU八、功放電路應(yīng)用舉例2 2、電路基本性能、電路基本性能 輸入電阻為輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU八、功放電路應(yīng)用舉例3 3、分析電路的同相輸入端和反相輸入端、分析電路的同相輸入端和反相輸入端接法接法輸入輸入輸出輸出相位相位共射共射bc反相反相共集共集be同相同相共基共基ec同相同相電路可等效為一電路可等效為一個雙端輸入單端個雙端輸入單端輸出的差分放大輸出的差分放大電路。電路。同相輸入端反相輸入端東華大學(xué)電路電子中心 E.E.CENTER DHU八、功放電路應(yīng)用舉例,1,101VuAiv WRVPVVLMOOMO5 .122,14.14211 WVVVRPMOCCMOL1042211T ）（ 820LRVVcc，%6 .55%100 EOPP