chapter-4 功率放大電路

1、第四章第四章 功率放大電路功率放大電路 教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容： 本章以分析功率放大電路的輸出功率、本章以分析功率放大電路的輸出功率、效率和非線性失真之間的矛盾為主線，逐步提出解效率和非線性失真之間的矛盾為主線，逐步提出解決矛盾的措施。在電路方面，以互補(bǔ)對(duì)稱功率放大決矛盾的措施。在電路方面，以互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路為重點(diǎn)進(jìn)行較詳細(xì)的分析計(jì)算。電路為重點(diǎn)進(jìn)行較詳細(xì)的分析計(jì)算。 內(nèi)內(nèi) 容容 教教 學(xué)學(xué) 要要 求求 熟練熟練掌握掌握 正確正確理解理解 一般一般了解了解 功率放大電路的特點(diǎn)和分類功率放大電路的特點(diǎn)和分類 互補(bǔ)互補(bǔ)推挽推挽功率功率放大放大電路電路 乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路的工作原乙類互補(bǔ)推挽功

2、率放大電路的工作原理及主要性能指標(biāo)計(jì)算理及主要性能指標(biāo)計(jì)算 甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路工作原甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路工作原理理 單電源功率放大電路工作原理單電源功率放大電路工作原理 1 1熟練掌握如何解決輸出功率、效率和非線性失真熟練掌握如何解決輸出功率、效率和非線性失真三者之間的矛盾；三者之間的矛盾；2 2要熟練掌握乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成、要熟練掌握乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成、分析計(jì)算和功率分析計(jì)算和功率BJTBJT的選擇；的選擇；3 3正確理解甲乙互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的工作原理及計(jì)正確理解甲乙互補(bǔ)對(duì)稱功放電路的工作原理及計(jì)算。算。教學(xué)要求：教學(xué)要求：什么是功率放大器？什么是功率放

3、大器？功率放大器實(shí)質(zhì)上是一種功率放大器實(shí)質(zhì)上是一種高效的能量變換和控制電路。高效的能量變換和控制電路。例：例：擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取 4.1 4.1 功率放大電路概述功率放大電路概述與其它放大器相比與其它放大器相比 相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：均在輸入信號(hào)作用下，將直流電源的均在輸入信號(hào)作用下，將直流電源的直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率。直流功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)功率。 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：性能要求和運(yùn)用特性不同。性能要求和運(yùn)用特性不同。 4.1.1 4.1.1 對(duì)功率放大電路的主要要求：對(duì)功率放大電路的主要要求：1. 1. 安全。安全。 2. 2. 高效率。

4、高效率。輸出功率大，管子大信號(hào)極限輸出功率大，管子大信號(hào)極限 條件下運(yùn)用。條件下運(yùn)用。 最大限度輸出有用功率，減最大限度輸出有用功率，減小功耗。小功耗。輸出功率越大，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)電壓輸出功率越大，相應(yīng)的動(dòng)態(tài)電壓電流越大，器件特性非線性引起的非線電流越大，器件特性非線性引起的非線性失真也越大。除采用反饋技術(shù)外，還性失真也越大。除采用反饋技術(shù)外，還必須限制輸出功率。必須限制輸出功率。3.3. 失真小。失真小。 cmcemcmcemoIUIUP2122max cooDoPppPp maxmaxmax直直流流電電源源提提供供的的功功率率最最大大輸輸出出功功率率 最大輸出功率最大輸出功率DP電源輸出功率電

5、源輸出功率管耗管耗max0PPPDC 效率效率4.1.2 4.1.2 功率放大電路的主要指標(biāo)參數(shù)功率放大電路的主要指標(biāo)參數(shù)甲類甲類：功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通功率管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通 ( (如小信號(hào)放大如小信號(hào)放大) )。 乙類：乙類：功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。功率管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。 甲乙類：甲乙類：管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。管子在大于半個(gè)周期小于一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。丙類：丙類：功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。功率管小于半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。由于由于靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q Q不同，不同，根據(jù)根據(jù)功率管功率管在一個(gè)信號(hào)周期在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài)功率管運(yùn)用狀態(tài)可

6、分為可分為甲類、乙甲類、乙類、甲乙類、丙類類、甲乙類、丙類等多種。等多種。甲類甲類乙類乙類甲乙類甲乙類丙類丙類4.1.3 4.1.3 靜態(tài)工作靜態(tài)工作Q Q對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響對(duì)放大器工作狀態(tài)的影響減小管耗減小管耗P PC C是提高效率的主要途徑。是提高效率的主要途徑。假設(shè)假設(shè)集電極瞬時(shí)電流和電壓集電極瞬時(shí)電流和電壓分別為分別為 i iC C 和和 v vCECE，則，則 P PC C 為為 2oCECCd21tviP 途徑途徑 1 1：由由甲類甲類甲乙類甲乙類乙類乙類丙類丙類，減，減小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大小管子在信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間，即增大 i iC C 0 0 的時(shí)間。的時(shí)

7、間。 4.1.4 4.1.4 功率放大器提高效率的主要途徑功率放大器提高效率的主要途徑途徑途徑 2 2：使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài)使管子運(yùn)用在開關(guān)狀態(tài) ( (丁類丁類) )；管子在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周管子在半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。飽和導(dǎo)通時(shí)，期內(nèi)截止。飽和導(dǎo)通時(shí)，v vCECE v vCESCES 很很小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗小，因此導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，瞬時(shí)管耗 i iC C v vCECE 處在很小的值上。截止時(shí)，不處在很小的值上。截止時(shí)，不論論 v vCECE 為何值，為何值，i iC C 趨于趨于 0 0，i iC C v vCECE 也處在零值附近。結(jié)果也處在零

8、值附近。結(jié)果 P PC C 很小，很小，C C 顯顯著增大。著增大。 總結(jié)：總結(jié)：為提高集電極效率，管子的運(yùn)用為提高集電極效率，管子的運(yùn)用狀態(tài)從狀態(tài)從甲類甲類向向乙類乙類、丙類丙類或開關(guān)工作的或開關(guān)工作的丁類丁類轉(zhuǎn)變。但隨著效率的提高，集電極轉(zhuǎn)變。但隨著效率的提高，集電極電流波形失真嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)不失真放大，電流波形失真嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)不失真放大，在電路中需采取特定措施。在電路中需采取特定措施。功率管功率管是是功率放大電路的關(guān)鍵器件，功率放大電路的關(guān)鍵器件，如何選如何選擇功率管的運(yùn)用狀態(tài)，并保證它們安全工作擇功率管的運(yùn)用狀態(tài)，并保證它們安全工作是需要共同解決的問(wèn)題。為此，必須是需要共同解決的問(wèn)題。為

9、此，必須首先了首先了解功率器件的極限參數(shù)及安全工作區(qū)。解功率器件的極限參數(shù)及安全工作區(qū)。 (1)(1) 集電極最大允許管耗集電極最大允許管耗 P PCMCM。還與散熱條。還與散熱條件密切相關(guān)件密切相關(guān) (2)(2) 集電極擊穿電壓集電極擊穿電壓 V V(BR)CEO(BR)CEO(3)(3) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 I ICMCM 4.1.5 4.1.5 功率器件功率器件 在放大原理上，功率放大器與其在放大原理上，功率放大器與其它放大器一樣，都是它放大器一樣，都是能量轉(zhuǎn)換器能量轉(zhuǎn)換器，但是，但是，由于要求不同，因而在由于要求不同，因而在電路組成和運(yùn)用特電路組成和運(yùn)用特性性上，功率

10、放大器卻有不同的特點(diǎn)。上，功率放大器卻有不同的特點(diǎn)。 圖圖 (a)(a) 為為放大器的基本電放大器的基本電路路，現(xiàn)將其作為，現(xiàn)將其作為功率放大器功率放大器來(lái)分析它的功率性能。由此來(lái)分析它的功率性能。由此提示提示功率放大電路組成功率放大電路組成及其及其工作性能工作性能上的特點(diǎn)。上的特點(diǎn)。 4.2 4.2 功率放大器的電路組成和工作特性功率放大器的電路組成和工作特性4.2.1 4.2.1 功放電路的特點(diǎn)功放電路的特點(diǎn) 功率放大器功率放大器為為大信號(hào)放大器大信號(hào)放大器，進(jìn)行分析時(shí)，進(jìn)行分析時(shí)，功率器件必須采用功率器件必須采用一般模型一般模型( (大信號(hào)模型大信號(hào)模型) )。工程上，。工程上，采用較多

11、的是采用較多的是特性曲線上作負(fù)載線的圖解分析法特性曲線上作負(fù)載線的圖解分析法。 1. 1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇：靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇：為了使電路在管子不出現(xiàn)飽為了使電路在管子不出現(xiàn)飽和、截止失真的條件下，輸出功率最大，即輸出電壓和、截止失真的條件下，輸出功率最大，即輸出電壓和電流均達(dá)到最大幅值，需要把和電流均達(dá)到最大幅值，需要把工作點(diǎn)工作點(diǎn) Q Q 選在選在負(fù)載負(fù)載線的中點(diǎn)線的中點(diǎn)。即即 LCCLCEQCQCCCEQ2,2RVRVVIVVCC 2. 2. 集電級(jí)輸出電壓和電流集電級(jí)輸出電壓和電流( (假設(shè)假設(shè) V VCESCES 和和 I ICEOCEO 為為0 0) )tVVvVvtIIiIi s

12、insincmCEQceCEQCEcmCQcCQC 其中，其中，CQLCEQLcmcmCCCEQcm,2IRVRVIVVV P PL L 和和 P PC C 均由均由直流直流和和交流交流兩部分合成。例如：兩部分合成。例如： P PL L中中直流功率直流功率4221DCQCEQcmcmoPIVIVP ，2DCQCEQPIV 交流功率交流功率 %25Domax PP cmcmCQCEQCCE2oCcmcmCQCEQL2C2oLCQCCCC2oD21d2121d21d21IVIVtivPIVIVtRiPIVtiVPC 3.3. 電源提供的直流功率電源提供的直流功率 P PD D、負(fù)載功率、負(fù)載功率

13、P PL L、集電極耗散功率集電極耗散功率 P PC C 甲類功放甲類功放的的CmaxCmax 僅為僅為 25%25%，P PD D 中僅有中僅有 1/4 1/4 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為有用的輸出信號(hào)功率有用的輸出信號(hào)功率，其余均被浪費(fèi)。，其余均被浪費(fèi)。其中，一部分耗散在管子中，大部分其中，一部分耗散在管子中，大部分 ( ( P PL L 中直流中直流功率功率 P PD D/2 )/2 ) 消耗在消耗在 R RL L上。上。提高提高CmaxCmax 的辦法：的辦法： 合理選擇管子的運(yùn)用狀態(tài)合理選擇管子的運(yùn)用狀態(tài)( (乙類或甲乙類乙類或甲乙類) )減小減小管子消耗功率。管子消耗功率。 在管外電路中，采用不

14、消耗直流功率的電路結(jié)在管外電路中，采用不消耗直流功率的電路結(jié)構(gòu)，消除構(gòu)，消除 R RL L 上消耗的直流功率。上消耗的直流功率。4. 4. 討論：討論：(1) (1) 電路組成電路組成否則，否則，R RL L 的減的減小不會(huì)增大輸出小不會(huì)增大輸出電流，反而會(huì)因電流，反而會(huì)因減小集電極電壓減小集電極電壓振幅而使振幅而使 P Po o 減減小，還會(huì)因小，還會(huì)因 I ICQCQ增大而使增大而使 P PD D 增增大，結(jié)果使大，結(jié)果使 降低。降低。當(dāng)當(dāng) V VCCCC 一定、一定、Q Q 在在負(fù)載線中點(diǎn)負(fù)載線中點(diǎn)時(shí)，時(shí)，V Vcmcm(V VCCCC /2) /2)被限被限定。要提高輸出信號(hào)功率，就必

15、須減小定。要提高輸出信號(hào)功率，就必須減小 R RL L，才能增大，才能增大 I Icmcm。但，在減小。但，在減小 R RL L 時(shí)，還必須同時(shí)增大激勵(lì)電流。時(shí)，還必須同時(shí)增大激勵(lì)電流。充分激勵(lì)時(shí)充分激勵(lì)時(shí)R RL L變化對(duì)功率性能的影響變化對(duì)功率性能的影響(2) (2) 工作特性工作特性總之總之，在功率放大器中，要高效率地提升，在功率放大器中，要高效率地提升 P Po o，必須減小必須減小 R RL L，同時(shí)相應(yīng)增大輸入激勵(lì)電流。，同時(shí)相應(yīng)增大輸入激勵(lì)電流。充分激勵(lì)：充分激勵(lì)：與與 R RL L 相匹配相匹配不出現(xiàn)非線性失真不出現(xiàn)非線性失真的的最大輸入激勵(lì)。最大輸入激勵(lì)。匹配負(fù)載：匹配負(fù)載：

16、能使能使 Q Q 處于交流負(fù)載線中點(diǎn)的負(fù)處于交流負(fù)載線中點(diǎn)的負(fù)載載。5. 5. 結(jié)論結(jié)論(1) (1) 功放在電路組成上，必須采用避免管外電功放在電路組成上，必須采用避免管外電路中無(wú)謂消耗直流功率的電路結(jié)構(gòu)。路中無(wú)謂消耗直流功率的電路結(jié)構(gòu)。(2)(2) 在工作特性上，輸出負(fù)載，輸入激勵(lì)和靜在工作特性上，輸出負(fù)載，輸入激勵(lì)和靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，要高效率輸出所需信號(hào)態(tài)工作點(diǎn)相互牽制，要高效率輸出所需信號(hào)功率，三者必須有一個(gè)最佳配置。功率，三者必須有一個(gè)最佳配置。(1)(1) 輸入端：輸入端： R RB B偏置電阻偏置電阻C CB B旁路電容旁路電容TrTr1 1耦合變壓器耦合變壓器(2)(2) 輸

17、出端：輸出端： TrTr2 2耦合變壓器，耦合變壓器，對(duì)交流，對(duì)交流，TrTr2 2起阻抗變換作起阻抗變換作用，用，L2LRnR 4.2.2 4.2.2 甲類、乙類功放的電路組成及功率性能甲類、乙類功放的電路組成及功率性能一、甲類變壓器耦合功放一、甲類變壓器耦合功放1. 1. 電路電路(1)(1) 靜態(tài)分析靜態(tài)分析CCCEVv 直流負(fù)載方程：直流負(fù)載方程： （直線：（直線：EFEF）mAmAQ Q輸入回路方程輸入回路方程BEBBQVRIV CC2. 2. 電路分析電路分析(2)(2) 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 交流負(fù)載線方程：交流負(fù)載線方程：LcceRiv 又：又：cCQCceCEQCEiIivVv

18、則：則：交流負(fù)載方程可改寫為交流負(fù)載方程可改寫為)(CQCLCEQCEIiRVv 上式表明，當(dāng)上式表明，當(dāng) ，它，它在兩坐標(biāo)軸上的截距：在兩坐標(biāo)軸上的截距：CCCEQCECQCVVvIi 時(shí)時(shí)， CQLCEQCECLCEQCQCCE0/0IRVviRVIiv 時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)， 相應(yīng)畫出交流相應(yīng)畫出交流負(fù)載線是一條通過(guò)負(fù)載線是一條通過(guò) Q Q點(diǎn)的直線點(diǎn)的直線 MNMN，斜，斜率為率為 。L1 / R 當(dāng)輸入充分激勵(lì)，當(dāng)輸入充分激勵(lì)，Q Q 處在負(fù)載線處在負(fù)載線中點(diǎn)中點(diǎn)時(shí)，忽略時(shí)，忽略非線性失真，且非線性失真，且 , , 則相應(yīng)的則相應(yīng)的集電極集電極電壓和電流電壓和電流分別為：分別為：00CEOC

19、ES IV，tVVvtIIi sinsincmCEQCEcmCQC ，其中其中: :LCCLcmCQcmCCCEQcm/RVRVIIVVV ；(3) (3) 功率性能功率性能與與放大器的基本電路放大器的基本電路相比，在匹配負(fù)載時(shí)，電壓信號(hào)相比，在匹配負(fù)載時(shí)，電壓信號(hào)幅值幅值 V Vcmcm 由由 V VCCCC/2/2，增加到，增加到 V VCCCC，若呈現(xiàn)在集電極上，若呈現(xiàn)在集電極上的負(fù)載相等，則輸出信號(hào)功率增大四倍。的負(fù)載相等，則輸出信號(hào)功率增大四倍。根據(jù)上述關(guān)系求得根據(jù)上述關(guān)系求得DCCCQLocmcmCCCQDCCCCQcmcmDomaxD/2/2/2/2/2/50%PVIPPVIVI

20、PPVIVIPP P 加在集電極上的最大電壓加在集電極上的最大電壓: :通過(guò)集電極的最大電流通過(guò)集電極的最大電流: :。CQcmCQCmax2IIIi CCCEmaxVv，CCcm2VV 當(dāng)當(dāng)P Po o = 0= 0時(shí)，時(shí)，P PD D全部消耗在管子中，因而全部消耗在管子中，因而消耗在集電極上的最大功率消耗在集電極上的最大功率 。DCmaxPP 采用變壓器耦合，采用變壓器耦合，maxmax 將由將由 0.250.25 增大到增大到 0.50.5，即，即 P PD D 的一半轉(zhuǎn)換為的一半轉(zhuǎn)換為 P Po o。 若若 Q Q 處于交流負(fù)載線的處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)中點(diǎn)，且充分激，且充分激勵(lì)的條件下

21、，增大勵(lì)的條件下，增大 V VCCCC，或減小，或減小RRL L ，P Po o均均將增大，但最后受安全工作條件的限制。將增大，但最后受安全工作條件的限制。(4) (4) 管安全管安全CMDCmaxCMCQCMCQCmax(BR)CEOCC(BR)CEOCCCEmax2/22/2PPPIIIIiVVVVV 即即即即又因?yàn)椋河忠驗(yàn)椋?2/2/2/DCQCCcmcmomaxPIVIVP 上述安全工作條件又可用上述安全工作條件又可用 P Pomaxomax 表示為：表示為：omaxCMomax(BR)CEOCM/2/8PPPVI P Pomaxomax 取較小的值。取較小的值。所以保證管子安全工作的

22、條件為：所以保證管子安全工作的條件為： 乙類工作時(shí)，為了在負(fù)載上合成完整的正乙類工作時(shí)，為了在負(fù)載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽弦波，必須采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽 (Push-(Push-Pull)Pull) 電路。電路。可有多種實(shí)現(xiàn)方案：可有多種實(shí)現(xiàn)方案：(1)(1) 變壓器耦合乙類推挽功放變壓器耦合乙類推挽功放(2)(2) 互補(bǔ)推挽功放互補(bǔ)推挽功放二、乙類推挽功率放大器二、乙類推挽功率放大器(1) (1) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) TrTr1 1輸入變壓器，利用次級(jí)繞組的中心抽頭將輸入變壓器，利用次級(jí)繞組的中心抽頭將 v vi i ( (t t) ) 分成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)

23、電壓分成兩個(gè)幅值相等，極性相反的激勵(lì)電壓1ii2vv ，分別加在兩管的基射極之間，實(shí)現(xiàn)，分別加在兩管的基射極之間，實(shí)現(xiàn)兩管輪流導(dǎo)通。兩管輪流導(dǎo)通。 1. 1. 變壓器耦合功放變壓器耦合功放 TrTr2 2輸出變壓器，隔斷輸出變壓器，隔斷 i iC1C1 和和 i iC2 C2 中的平中的平均分量，并利用初級(jí)繞組的中心抽頭將均分量，并利用初級(jí)繞組的中心抽頭將 i iC1C1 和和 i iC2C2 中的基波分量在中的基波分量在 R RL L 中疊加，輸出正弦波。中疊加，輸出正弦波。 T T1 1 和和 T T2 2特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類型的特性配對(duì)、相同導(dǎo)電類型的 NPNNPN 功率管功率管(2)(

24、2) 工作原理工作原理 ( (忽略射結(jié)導(dǎo)通壓降忽略射結(jié)導(dǎo)通壓降) )v vi1i1( (t t) ) 0 0 時(shí)，時(shí)， v vi2i2( (t t) ) 0 0，T T1 1 管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，T T2 2 管截止，管截止，i ic1c1 處于正半周的半個(gè)正弦波；處于正半周的半個(gè)正弦波； v vi2i2( (t t) ) 0 0 時(shí)，時(shí)， v vi1i1( (t t) ) 0 0，T T2 2 管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，T T1 1 管管截止，截止，i ic2 c2 處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。i iC1 C1 和和 i iC2C2 中中的基波分量在的基波分量在 R RL L 中疊加，

25、輸出正弦波。中疊加，輸出正弦波。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)阻抗可實(shí)現(xiàn)阻抗變換。變換。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：體積大、效體積大、效率低、低頻率低、低頻和高頻特性和高頻特性較差。較差。(1)(1) 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)T T1 1 與與 T T2 2功率管互補(bǔ)對(duì)稱功率管互補(bǔ)對(duì)稱(2)(2) 工作原理工作原理( (忽略射結(jié)壓降忽略射結(jié)壓降) )v vi i( (t t) ) 0 0 時(shí)，時(shí)，T T1 1 管管 (NPN(NPN型型) ) 導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T2 2管管 (PNP(PNP型型) ) 截止，截止，i iC1C1(i iE1E1) ) 為為正半周的半個(gè)正弦波；正半周的半個(gè)正弦波；v vi i( (t t) ) 0

26、0 時(shí)，時(shí)，T T2 2 管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，T T1 1 管截止，管截止，i iC2C2(i iE2E2) )為處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。為處于負(fù)半周的半個(gè)正弦波。通過(guò)通過(guò) R RL L 的電流的電流E21ELiii ，合成完整的正弦波。，合成完整的正弦波。 2. 2. 互補(bǔ)推挽電路互補(bǔ)推挽電路(OCL) (OCL) Output capacitor-lessOutput capacitor-less小結(jié)：小結(jié)：上述功率放大器，為實(shí)現(xiàn)器件輪流導(dǎo)通：上述功率放大器，為實(shí)現(xiàn)器件輪流導(dǎo)通：乙類功放電路乙類功放電路輸入激勵(lì)輸入激勵(lì)信號(hào)信號(hào)功率管管功率管管型型管外電路管外電路變壓器耦合乙類變壓器耦合乙類功率

27、放大器功率放大器極性相反極性相反對(duì)管，管對(duì)管，管型相同型相同均避免了直均避免了直流功率的損流功率的損失失互補(bǔ)推挽乙類功互補(bǔ)推挽乙類功率放大器率放大器極性相同極性相同對(duì)管，管對(duì)管，管型不同型不同靜態(tài)工作點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)： iCQ1CQ2CEQ1CCCEQ2CC( )00vtIIVVVV 3. 3. 乙類推挽功率放大器的性能分析乙類推挽功率放大器的性能分析 (1) (1) 推挽電路的組合特性推挽電路的組合特性 v vi i(t(t) )負(fù)半周，負(fù)半周，T T2 2導(dǎo)通，負(fù)載線是自導(dǎo)通，負(fù)載線是自Q Q 點(diǎn)出發(fā)，斜率點(diǎn)出發(fā)，斜率為為L(zhǎng)/1R 的的直線直線 A A Q Q 。 雖然雖然集電極電流集電極電

28、流是是半個(gè)正弦波半個(gè)正弦波，但，但集射極交流電壓集射極交流電壓是是完整正弦波完整正弦波。 v vi i(t(t) ) 正半周，正半周，T T1 1導(dǎo)通，負(fù)載線是自導(dǎo)通，負(fù)載線是自Q Q 點(diǎn)出發(fā)，斜率為點(diǎn)出發(fā)，斜率為L(zhǎng)/1 R 的的直線直線 AQ AQ ； 一般性能分析一般性能分析在在 0 0 t t 時(shí)，時(shí)，tIii sin0cmC1C2 t t 2 2 時(shí)，時(shí)，i iC1C1 = 0 = 0 i iC2C2 = = I Icmcmsinsint t 相應(yīng)的集射極間電壓：相應(yīng)的集射極間電壓：V VCE2CE2 = = - - V VCCCC + + V VcmcmsinsinttV VCE1C

29、E1 = = V VCCCC - - V Vcmcmsinsintt(2) (2) 性能分析性能分析( (忽略失真忽略失真) )通過(guò)通過(guò) R RL L 的電流：的電流：tIiiiii sincmC2C12EE1L 相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：相應(yīng)產(chǎn)生的電壓：tVv sincmL R RL L 上的輸出功率：上的輸出功率：P PL L = = P Po o = =V VcmcmI Icmcm/2=/2=I I2 2cmcmR RL L/2/2 正負(fù)電源總的直流功率：正負(fù)電源總的直流功率： P PD D = =P PD1D1P PD2 D2 =2=2V VCCCCI I平均平均 =2=2V VCCCCI Ic

30、mcm/ / 令令V VCESCES=0=0，I ICEOCEO=0=0，則則V Vcmcm= =V VCCCC，I Icmcm= =V VCCCC/ /R RL L 若充分激勵(lì)若充分激勵(lì) 相應(yīng)輸出功率相應(yīng)輸出功率P Po o 和電源輸出功率和電源輸出功率P PD D 達(dá)到最達(dá)到最大，大，即即LCC2omax2RVP omaxLCC2LCC2Dmax4)2(42PRVRVP omaxmaxDmax78.5%4PP 比甲類高比甲類高 若激勵(lì)不足若激勵(lì)不足 V Vcmcm減小，引入電源電壓利用系數(shù)減小，引入電源電壓利用系數(shù) ，表示，表示V Vcmcm的減小程度的減小程度 定義定義 = = V Vc

31、mcm/ /V VCCCC C2222cmCCoomaxLL2CCcmCCDomaxLoD11222424VVPPRRVIVPPRPP 兩管集電極管耗兩管集電極管耗: :omax2oDC2C1)212(2/ )(PPPPP 其值為其值為: :omaxomax2max2Cmax1C2 . 02PPPP 分析：分析：當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即當(dāng)輸入激勵(lì)由大減小，即 減小時(shí)，減小時(shí)，P Po o、P PD D、均單調(diào)減小，而均單調(diào)減小，而 P PC1C1 和和 P PC2C2 的變的變化非單調(diào)化非單調(diào) 636. 02 時(shí)最大，時(shí)最大，(3) (3) 管安全管安全由由2LCC2o2 RVP 增大增大 V

32、VCCCC，減小，減小 R RL L，且輸入充分激勵(lì)，輸出功且輸入充分激勵(lì)，輸出功率將增大，但最后受到下率將增大，但最后受到下列列安全工作條件的限制安全工作條件的限制： CCCEmax2Vv (BR)CEOVLCCcmCmaxRVIi CMIP PC1maxC1max = = P PC2maxC2max = 0.2 = 0.2P Pomax omax P PCMCM CMmaxo5PPCM(BR)CEOmaxo41IVP 或或 取其中的小值取其中的小值4.3.1 4.3.1 乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路在構(gòu)成乙類互補(bǔ)推挽功率放大器實(shí)際電路時(shí)，在構(gòu)成乙類互補(bǔ)推挽功率放大器實(shí)際

33、電路時(shí)，必須考慮偏置，功率配對(duì)和保護(hù)等問(wèn)題。必須考慮偏置，功率配對(duì)和保護(hù)等問(wèn)題。 一、交越失真和偏置電路一、交越失真和偏置電路4.3 4.3 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路在零偏置情況下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，在零偏置情況下，考慮到導(dǎo)通電壓的影響，輸出電壓波形在在銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重失真，稱輸出電壓波形在在銜接處出現(xiàn)嚴(yán)重失真，稱交越失真交越失真。在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工作在作在甲乙類甲乙類。 由傳輸特性圖可見：由傳輸特性圖可見：只要只要 V VBB BB 取值合適，上取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互下兩路傳輸特性起始段的

34、彎曲部分就可相互補(bǔ)償，補(bǔ)償，合成傳輸特性趨近于直線合成傳輸特性趨近于直線，在輸入正，在輸入正弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。弦電壓激勵(lì)下，得到不失真的輸出電壓。 (2) (2) 克服交越失真的基本途徑克服交越失真的基本途徑 二極管偏置電路二極管偏置電路 v vBEBE 倍增電路倍增電路 由于二極管的正向交流結(jié)電阻很小，可認(rèn)為由于二極管的正向交流結(jié)電阻很小，可認(rèn)為交交流短路流短路，因此偏置電路不影響輸入信號(hào)，因此偏置電路不影響輸入信號(hào)v vi i( (t t) ) 的傳輸。的傳輸。 在集成電路中偏置二在集成電路中偏置二極管會(huì)由三極管取代。極管會(huì)由三極管取代。(3) (3) 常用電路常用電路1

35、. 1. 二極管偏置電路二極管偏置電路(1)(1) 電路電路 直流：直流：由由 T T3 3、R R1 1、R R2 2 組成，且由組成，且由電流源電流源 I IR R 激勵(lì)，為互補(bǔ)功激勵(lì)，為互補(bǔ)功率管率管 T T1 1、T T2 2 提供偏置電壓提供偏置電壓 V VBBBB。交流：交流：T T3 3、R R1 1 構(gòu)成電壓負(fù)反饋電構(gòu)成電壓負(fù)反饋電路，反饋電路的電阻很小，路，反饋電路的電阻很小，幾乎不影響輸入信號(hào)的傳幾乎不影響輸入信號(hào)的傳輸。輸。 2. 2. v vBEBE 倍增電路倍增電路則：則：V VBE3BE3= =V VT T lnln( (I IE3E3/ /I IS S) ) V

36、VT Tln(ln(I IR R/ /I IS S) )若若T T3 3 管的管的 足夠大，基極電流足夠大，基極電流I IB3B3 可忽略，則可忽略，則V VBE3BE3又是又是V VBB BB 通過(guò)通過(guò)R R1 1在在 R R2 2上的分壓值，上的分壓值，即即)1(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV 偏置電路提供的偏置電壓偏置電路提供的偏置電壓V VBBBB是是V VBE3BE3的倍增值，且其值的倍增值，且其值受受R R1 1和和R R2 2 控制，故稱為控制，故稱為 V VBEBE 倍增電路倍增電路。(2)(2) 倍增原理倍增原理 I I1 1I IC3C3，且，且T T1

37、1 和和T T2 2管的靜態(tài)基極電流又可忽略管的靜態(tài)基極電流又可忽略溫度升高時(shí)，溫度升高時(shí)，V VBE3BE3 ，V VBBBB , ,阻止了功率管阻止了功率管I ICQCQ的的增加。是具有熱補(bǔ)償作用的高熱穩(wěn)定性偏置增加。是具有熱補(bǔ)償作用的高熱穩(wěn)定性偏置電路。電路。 (3). (3). 熱補(bǔ)償熱補(bǔ)償 二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路二、單電源供電的互補(bǔ)推挽電路(OTL) (OTL) Output transformerlessOutput transformerless (1)(1) 單電源供電；單電源供電； (3)(3) 負(fù)載串接大容量隔直電負(fù)載串接大容量隔直電容容 C CL L。V VCC C

38、C 與兩管串接，若與兩管串接，若兩管特性配對(duì)，則兩管特性配對(duì)，則V VO O = =V VCCCC/2/2由輸入端的直流工作點(diǎn)提供由輸入端的直流工作點(diǎn)提供，C CL L 實(shí)際上等效為電壓等于實(shí)際上等效為電壓等于V VCCCC/2/2 的直流電源。的直流電源。1. 1. 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)(2)(2) 輸入信號(hào)直流偏置輸入信號(hào)直流偏置V VI I = =V VCCCC/2/2 2.2. 工作原理工作原理 T T1 1 管的直流供電電壓：管的直流供電電壓：V VCC CC V VO OV VCCCC/2/2，T T2 2 的供電電壓：的供電電壓： 0 0 V VO O V VCCCC/2/2。單電源

39、供電電路等效單電源供電電路等效為為 V VCCCC/2 /2 和和 V VCCCC/2/2 的雙電源的雙電源供電電路供電電路。 互補(bǔ)推挽電路互補(bǔ)推挽電路要求兩只功率管要求兩只功率管特性配對(duì)，難以實(shí)現(xiàn)。特性配對(duì)，難以實(shí)現(xiàn)。 2.2. 解決辦法解決辦法采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)采用復(fù)合管取代互補(bǔ)管，構(gòu)成成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路。 3. 3. 電路電路 復(fù)合管復(fù)合管 T T1 1、T T2 2 等效為等效為 NPNNPN 型管型管， 復(fù)合管復(fù)合管 T T3 3(PNP(PNP型型) ) 與與 T T4 4 等效為等效為 PNPPNP 型管型管 三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路三、準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 1. 1. 問(wèn)

40、題的提出問(wèn)題的提出 其中，其中，T T1 1、T T3 3 為為小小功率管功率管，它們之間是，它們之間是互補(bǔ)互補(bǔ)的的，T T2 2、T T4 4 為為大功率管大功率管，它們是它們是同型同型，便于特性配，便于特性配對(duì)，故稱為對(duì)，故稱為準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路路。 R R1 1，R R2 2( (幾百幾百 ) )減小復(fù)合管減小復(fù)合管的反向飽和電流。的反向飽和電流。 四、保護(hù)電路四、保護(hù)電路實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生實(shí)際中，往往會(huì)發(fā)生異常情況異常情況。例如，例如，負(fù)載短路，負(fù)載短路，致使通過(guò)功率管的電流迅速致使通過(guò)功率管的電流迅速增大，一旦超過(guò)極限參數(shù)，增大，一旦超過(guò)極限參數(shù)，造成管子損壞。因此大功率造成

41、管子損壞。因此大功率功放，應(yīng)設(shè)有功放，應(yīng)設(shè)有: :過(guò)流，過(guò)壓、過(guò)流，過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù)電路過(guò)熱保護(hù)電路。 1.1. 過(guò)流保護(hù)電路過(guò)流保護(hù)電路 (1)(1) 保護(hù)電路保護(hù)電路T T1 1、T T2 2 為為保護(hù)管保護(hù)管，R R1 1、R R2 2 為為過(guò)流取樣電阻過(guò)流取樣電阻。 (2)(2) 保護(hù)原理保護(hù)原理 以保護(hù)管以保護(hù)管 T T1 1 為例為例 正常時(shí)正常時(shí)，V VR1R1V VBE1(on)BE1(on)，T T1 1 截止，截止，不起保護(hù)作用不起保護(hù)作用。異常時(shí)異常時(shí)，V VR1R1V VBE1(on)BE1(on)，T T1 1導(dǎo)導(dǎo)通，分流通，分流T T3 3 管的輸入激勵(lì)電管的輸入激勵(lì)

42、電流，限制流，限制T T3 3 管的輸出電流，管的輸出電流，起到了限流保護(hù)作用起到了限流保護(hù)作用。 T T2 2 對(duì)對(duì) T T4 4 的限流保護(hù)作用同上的限流保護(hù)作用同上。 若要求功率管充分利用，若要求功率管充分利用，輸出最大信號(hào)輸出最大信號(hào)功率，則功率，則 R RL L 上的信號(hào)電壓振幅達(dá)到接近電上的信號(hào)電壓振幅達(dá)到接近電源電壓源電壓( (單電源時(shí)，接近單電源時(shí)，接近V VCCCC/2/2) )。為此，要求。為此，要求輸入激勵(lì)級(jí)為互補(bǔ)功率管提供振幅接近電源輸入激勵(lì)級(jí)為互補(bǔ)功率管提供振幅接近電源電壓的推動(dòng)電壓。電壓的推動(dòng)電壓。 原因：原因：互補(bǔ)推挽功率放大器互補(bǔ)推挽功率放大器中的功率管接成射極

43、跟隨中的功率管接成射極跟隨器，電壓增益器，電壓增益小于小于 1 1。五、輸入激勵(lì)電路五、輸入激勵(lì)電路電路電路 T T3 3 輸入激勵(lì)級(jí)輸入激勵(lì)級(jí) R R T T3 3 的負(fù)載的負(fù)載影響輸出信號(hào)電影響輸出信號(hào)電壓振幅的因素壓振幅的因素 交流負(fù)載交流負(fù)載r rR Rr ri iR R，則交流負(fù)載線則交流負(fù)載線所示，所示，T T3 3 管的最大輸出信號(hào)電壓振幅受到截止失真的管的最大輸出信號(hào)電壓振幅受到截止失真的限制，其值小于限制，其值小于V VCCCC/2/2。 若使若使r rR R，則交流負(fù)載線，則交流負(fù)載線所示所示，輸出信號(hào)電，輸出信號(hào)電壓振幅不受截止失真限制，可接近壓振幅不受截止失真限制，可接

44、近V VCCCC/2/2。 改進(jìn)電路改進(jìn)電路 (1)(1) 電流源構(gòu)成電流源構(gòu)成有源負(fù)載有源負(fù)載放大器，放大器，直流電阻小，交直流電阻小，交流電阻大流電阻大。(2)(2) 采用自舉電路采用自舉電路 將將 R R1 1R R2 2 取代取代 R R ，接入大，接入大容量電容容量電容 C C2 2。 作用：作用：對(duì)交流近似短路，對(duì)交流近似短路，交流電位由交流電位由 O O 經(jīng)經(jīng) C C2 2 自自舉到舉到C C 點(diǎn)，即點(diǎn)，即 v vC C v vO O。 原理：原理：由于互補(bǔ)輸出級(jí)的電壓增由于互補(bǔ)輸出級(jí)的電壓增益接近于益接近于 1 1，因而，因而 v vB B v vO O v vC C，通過(guò)通過(guò)

45、 R R2 2 的交流的交流電流電流 i i 0 0，因而從，因而從 B B 點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的交流點(diǎn)向虛線框看進(jìn)去的交流電阻電阻 ( (v vB B/ /i i) ) 很大，趨于很大，趨于無(wú)窮，無(wú)窮，T T3 3 的交流負(fù)載電阻的交流負(fù)載電阻便近似等于便近似等于 T T1 1( (或或 T T2 2) ) 電電路的輸入電阻。路的輸入電阻。 總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 雙電源電路雙電源電路OCLOCL電路電路cmCCC2IVP LCC2omax21RVP %5 .78 理理想想 omCmax2 .0PP 單電源電路單電源電路OTLOTL

46、電路電路LCC2omax81RVP cmCCC1IVP %5 .78 理想理想 omCmax2 . 0PP 例：例：在圖示電路中，已知二極管的導(dǎo)通電壓在圖示電路中，已知二極管的導(dǎo)通電壓U UD D0.7V0.7V，晶體管導(dǎo)通時(shí)的，晶體管導(dǎo)通時(shí)的U UBEBE0.7V0.7V，T T2 2和和T T4 4管發(fā)射極靜態(tài)電位管發(fā)射極靜態(tài)電位U UEQEQ0V0V。 試問(wèn)：試問(wèn)：（2 2）設(shè)設(shè)R R2 210k10k，R R3 3100100。若。若T T1 1和和T T3 3管基極的靜態(tài)電流可管基極的靜態(tài)電流可忽略不計(jì)，則忽略不計(jì)，則T T5 5管集管集電極靜態(tài)電流為多少？電極靜態(tài)電流為多少？（1

47、1）T T1 1、T T3 3和和T T5 5管基管基極的靜態(tài)電位各為多少？極的靜態(tài)電位各為多少？（3 3）若靜態(tài)時(shí)）若靜態(tài)時(shí)i iB1B1i iB3B3，則應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)參數(shù)，則應(yīng)調(diào)節(jié)哪個(gè)參數(shù)可使可使i iB1B1i iB2B2？如何調(diào)節(jié)？如何調(diào)節(jié)？ （4 4）電路中二極管的個(gè)數(shù)可以是）電路中二極管的個(gè)數(shù)可以是1 1、2 2、3 3、4 4嗎？你認(rèn)為哪個(gè)最合適？為什么？嗎？你認(rèn)為哪個(gè)最合適？為什么？ （5 5）已知）已知T T2 2和和T T4 4管的飽和管壓降管的飽和管壓降U UCESCES2V2V，靜態(tài)時(shí)電源電流可忽略不計(jì)。試問(wèn)負(fù)載上可靜態(tài)時(shí)電源電流可忽略不計(jì)。試問(wèn)負(fù)載上可能獲得的最大輸出功

48、率能獲得的最大輸出功率P Pomom和效率和效率各為多少？各為多少？解：解：（1 1）T T1 1、T T3 3和和T T5 5管基極的靜態(tài)電位分別為管基極的靜態(tài)電位分別為 U UB1B11.4V 1.4V U UB3B30.7V 0.7V U UB5B517.3V 17.3V （2 2）靜態(tài)時(shí)）靜態(tài)時(shí)T T5 5管集電極電流為管集電極電流為 （3 3）若靜態(tài)時(shí)）若靜態(tài)時(shí)i iB1B1i iB3B3，則應(yīng)增大，則應(yīng)增大R R3 3。（4 4）采用如圖所示兩只二極管加一個(gè)小阻值）采用如圖所示兩只二極管加一個(gè)小阻值電阻合適，也可只用三只二極管。這樣一方電阻合適，也可只用三只二極管。這樣一方面可使輸

49、出級(jí)晶體管工作在臨界導(dǎo)通狀態(tài)，面可使輸出級(jí)晶體管工作在臨界導(dǎo)通狀態(tài)，可以消除交越失真；另一方面在交流通路中，可以消除交越失真；另一方面在交流通路中，D D1 1和和D D2 2管之間的動(dòng)態(tài)電阻又比較小，可忽略不管之間的動(dòng)態(tài)電阻又比較小，可忽略不計(jì)，從而減小交流信號(hào)的損失。計(jì)，從而減小交流信號(hào)的損失。（5 5）最大輸出功率和效率分別為）最大輸出功率和效率分別為 當(dāng)當(dāng)ui0時(shí)時(shí)，VT1和和VT4管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，VT2和和VT3管管截止，電流如圖中實(shí)截止，電流如圖中實(shí)線所示，負(fù)載上獲得線所示，負(fù)載上獲得正半周電壓；正半周電壓；4.3.2 橋式推挽功率放大電路橋式推挽功率放大電路(BTL) Bridge-Tied Load橋式推挽功率放大電路橋式推挽功率放大電路(BTL)所用的管子所用的管子數(shù)量最多，難于做到四只管子的特性理數(shù)量最多，難于做到四只管子的特性理想對(duì)稱；且管子的總損耗大，必然使轉(zhuǎn)想對(duì)稱；且管子的總損耗大，必然使轉(zhuǎn)換效率降低；電路的輸入、輸出均無(wú)接換效率降低；電路的輸入、輸出均無(wú)接地點(diǎn)，因此有些場(chǎng)合不適用。地點(diǎn)，因此有些場(chǎng)合不適用。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功率低、電是一種音頻集成功放，具有自身功率低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)