功率放大電路ppt課件

1、5 5功率放大電路功率放大電路引言引言v功放電路的晶體管是任務在大信號形狀，功放電路的晶體管是任務在大信號形狀，所以應采用圖解分析法。所以應采用圖解分析法。v功放電路要求能輸出一定的功率，所以功放電路要求能輸出一定的功率，所以和以前的分析偏重點又有所不同，主要和以前的分析偏重點又有所不同，主要是分析放大電路的輸出功率、效率和非是分析放大電路的輸出功率、效率和非線性失真問題。線性失真問題。v在電路方面，主要是引見互補對稱在電路方面，主要是引見互補對稱功放電路、集勝利放實例以及功放功放電路、集勝利放實例以及功放器件的散熱問題。器件的散熱問題。5.15.1功率放大電路的普通問題功率放大電路的普通問題

2、v1.1.功率放大電路的特點及主要研討對象功率放大電路的特點及主要研討對象v(1)(1)輸出功率要足夠大輸出功率要足夠大v(2)(2)效率要高效率要高v(3)(3)非線性失真要小非線性失真要小v(4)(4)BJTBJT器件一定要處理好散熱問題器件一定要處理好散熱問題2.2.功率放大電路提高效率的途徑功率放大電路提高效率的途徑v(1)(1)功放管的任務形狀功放管的任務形狀va.a.甲類任務形狀甲類任務形狀( (如圖如圖5.1.1(a)5.1.1(a)所示所示) )v Q Q點在輸出特性曲線線性區(qū)的中點，此時，點在輸出特性曲線線性區(qū)的中點，此時，晶體晶體 管管 的導通角的導通角22，在信號的一個周

3、，在信號的一個周期內(nèi)期內(nèi)iC0iC0。v這類任務形狀的特點是：耗電量較大，效率這類任務形狀的特點是：耗電量較大，效率低低(30%)(0iC0。v這類任務形狀特點是：省電，效率高這類任務形狀特點是：省電，效率高( (約為約為78.5%),78.5%),存在交越失真。存在交越失真。轉轉9vc.甲乙類任務形狀甲乙類任務形狀(如圖如圖5.1.1(c)所示所示)vQ點在輸出特性曲線線性區(qū)的下方、截止區(qū)點在輸出特性曲線線性區(qū)的下方、截止區(qū)的上方，此時，晶體管的導通角的上方，此時，晶體管的導通角0。v這類任務形狀的特點是：省電，效率高這類任務形狀的特點是：省電，效率高(約為約為78.5%)，交越失真小。，交

4、越失真小。d.丙類任務形狀丙類任務形狀(如圖如圖5.1.1(d)所示所示)vQ點在輸出特性曲線坐標系橫軸的下方、截點在輸出特性曲線坐標系橫軸的下方、截止區(qū)的下方，此時，晶體管的導通角止區(qū)的下方，此時，晶體管的導通角0。v這類任務形狀的特點是：省電，效率高這類任務形狀的特點是：省電，效率高(約為約為78.5%)，交越失真大。多用于高頻放大電路，交越失真大。多用于高頻放大電路中中(本書略本書略)。5.25.2乙類雙電源互補對稱功率放大電路乙類雙電源互補對稱功率放大電路v5.2.15.2.1電路組成電路組成v如圖如圖5.2.1 5.2.1 所示。所示。v乙類雙電源互補對稱功率放大電路實踐乙類雙電源互

5、補對稱功率放大電路實踐上是由兩個不同類型晶體管構成的射極上是由兩個不同類型晶體管構成的射極輸出器組成。輸出器組成。轉轉14轉轉195.2.15.2.1電路分析計算電路分析計算v如圖如圖5.2.25.2.2所示。所示。v由圖由圖(a)(a)可知，管子的可知，管子的Q Q點在坐標系的橫點在坐標系的橫軸上，把兩個管子的輸出特性曲線重合軸上，把兩個管子的輸出特性曲線重合畫成一個復合特性曲線如圖畫成一個復合特性曲線如圖(b)(b)所示。所示。v在晶體管盡限運用形狀，在晶體管盡限運用形狀，vCE的變化范圍為的變化范圍為2(VCCVCES)2Vcem2IcmRL，假設，假設忽略管子的飽和壓降忽略管子的飽和壓

6、降VCES ，那么，那么vVcemIcmRLVCCv1.輸出功率的計算輸出功率的計算v設輸出電壓的幅值為設輸出電壓的幅值為VomvPoVo Io).(LomLomom12521222RVRVV在圖在圖5.2.1中，中，T1、 T2可以可以 看看 成成 是是 工工 作作 在在 射射極輸出器形狀，極輸出器形狀，AV ，當輸入信號足夠大時，當輸入信號足夠大時,可使可使Vim Vom Vcem VCCVCESVCC和和IomIcm可獲得最大輸出功率可獲得最大輸出功率).(LCCLceLomom225222222RVRVRVP2.管耗管耗由于兩管交替導通，每一只的管耗是相等由于兩管交替導通，每一只的管耗

7、是相等的，只需求出一雖然子的管耗就行了。設輸出的，只需求出一雖然子的管耗就行了。設輸出信號電壓為信號電壓為voVomsint，那么，那么T1的管耗為的管耗為 )()()sinsin()(sin)sin()()(omomCCLLomLomCCLomomCCLooCCT1422222VVVRtdRtVtRVVtdRtVtVVtdRvvVP).()(omomCCLT2T1T425422VVVRPPP而兩管的功耗為而兩管的功耗為3.3.直流電源供應的功率直流電源供應的功率 PVPVPV PV 包括負載上得到的信號功率包括負載上得到的信號功率PoPo和和T1T1、T2T2上耗費的功率上耗費的功率PTPT

8、兩部分。兩部分。當當vi0時，由于時，由于iC1iC20,所以所以,PV 0； 當當vi0時，由式時，由式(5.2.1)、(5.2.4)得：得：).(LomCCTo5252RVVPPPV當輸出電壓幅值到達最大時，即當輸出電壓幅值到達最大時，即VomVCC時，那么得電源供應的最大功率為：時，那么得電源供應的最大功率為：4.4.效率效率普通情況下效率為普通情況下效率為).(LCC62522RVPV).(CComo7254VVPPV當當VomVCC時，那么時，那么該結論是在假定互補對稱功率放大電路任務在乙類、負載電阻為理想值，忽略VCES和輸入信號足夠大(VimVomVCC)的情況下得來的，實踐效率

9、要比該值低一些。).(%.8255784PVPo5.2.35.2.3功率晶體管的選擇功率晶體管的選擇v1.1.最大管耗和最大輸出功率的關系最大管耗和最大輸出功率的關系v任務在乙類的根本互補對稱電路，在靜態(tài)時，任務在乙類的根本互補對稱電路，在靜態(tài)時，管子幾乎不取電流，管耗接近于零，因此，管子幾乎不取電流，管耗接近于零，因此，當輸入信號較小時，輸出功率較小，管耗也當輸入信號較小時，輸出功率較小，管耗也小，這是容易了解的。小，這是容易了解的。v但是，當輸入信號愈大時，輸出功率能否也但是，當輸入信號愈大時，輸出功率能否也愈大？最大管耗發(fā)生在什么情況下呢？由式愈大？最大管耗發(fā)生在什么情況下呢？由式(5.

10、2.3)知，管耗知，管耗PT1是輸出電壓幅值是輸出電壓幅值Vom的的函數(shù)，因此，可以用求極值的方法經(jīng)過式函數(shù)，因此，可以用求極值的方法經(jīng)過式(5.2.3)求解。由式求解。由式(5.2.3)有：有：).()()(CComomCComT1omCCLomT192520202故，則令VVVVdVdPVVRdVdP具有最大管耗。時功放管上式表明，當CCCCom. VVV602所以，可證所以，可證( (式式5.2.10)5.2.10)，每管的最大管耗與，每管的最大管耗與電路最大輸出功率的關系為：電路最大輸出功率的關系為：).(.oLCCT1m1125202PRVPv上式闡明，每管的最大管耗為最大輸出上式闡

11、明，每管的最大管耗為最大輸出功率的功率的1/51/5，選管時，只需管耗大于該，選管時，只需管耗大于該值即可。值即可。v2. 2. 功率晶體管的選擇功率晶體管的選擇v(1)(1)每只晶體管的每只晶體管的PCMPCM必需大于必需大于P P T1m0.2PoT1m0.2Po；v(2)(2)思索道當思索道當T2T2飽和導通時，飽和導通時，vCE20vCE20，此時晶體管此時晶體管T1T1接受電壓為最大值，且接受電壓為最大值，且vCEvCE2VCC2VCC，選管時，晶體管應選用，選管時，晶體管應選用 V(BR)CEO 2VCCV(BR)CEO 2VCC的管子；的管子；v(3)(3)功放管任務時，經(jīng)過的最

12、大電流功放管任務時，經(jīng)過的最大電流為為VCCVCCRLRL，所選晶體管的，所選晶體管的ICM ICM 普通不普通不能低于此值。能低于此值。v例例5.2.1 (P204205) 功放電路如圖功放電路如圖5.2.1a所示，所示，設設VCC12V，RL8，BJT的極限參數(shù)為的極限參數(shù)為ICM2A， V(BR)CEO 30V，PCM5W。試求：試求：(1)最大輸出功率最大輸出功率Pom值，并檢驗所給值，并檢驗所給BJT能否能平安任務能否能平安任務?v(2)放大電路在放大電路在0.6時的輸出功率時的輸出功率Po值。值。轉轉34解：解：(1)(1)求求PomPom，并檢驗，并檢驗BJTBJT的平安任務情況

13、的平安任務情況由式由式(5.2.2)(5.2.2)可求出可求出W)V(LCCom98212222RVP經(jīng)過經(jīng)過BJT的最大集電極電流、的最大集電極電流、BJTc、e極間的極間的最大壓降和它的最大管耗分別為最大壓降和它的最大管耗分別為A.VLCCCM51812RVivCEm2VCC24VPT1m0.2Pom0.29W1.8 W所求所求iCM、vCEm和和PTlm，均分別小于極限，均分別小于極限參數(shù)參數(shù)ICM、 V(BR)CEO 和和PCM，故，故BJT能能平安任務。平安任務。(2)求0.6時的Po值由式(5.2.7)可求出W.V).().(V.V.LomoomCCom35829221252912

14、460422式得：代入將RVPVVV5.3甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路v交越失真：對于乙類互補對稱功率放大交越失真：對于乙類互補對稱功率放大電路，由于無直流偏置，兩管交替導通電路，由于無直流偏置，兩管交替導通時必需先經(jīng)過截止區(qū)，由此將產(chǎn)生交越時必需先經(jīng)過截止區(qū)，由此將產(chǎn)生交越失真如圖失真如圖5.3.1(b)5.3.1(b)所示。所示。處理方案：給功放管加一小偏置，使功放管處理方案：給功放管加一小偏置，使功放管任務在甲乙類形狀，以消除交越失真。任務在甲乙類形狀，以消除交越失真。5.3.15.3.1甲乙類雙電源互補對稱功放電路甲乙類雙電源互補對稱功放電路如圖如圖5.3.25

15、.3.2所示。所示。T3T3為前置放大級，為前置放大級，Rc3Rc3為其集為其集電極負載電阻，電極負載電阻，D1D1、D2D2為為T1T1、T2T2的偏置電路。的偏置電路。由于由于T1T1、T2T2處于微偏形狀，晶體管任務在甲處于微偏形狀，晶體管任務在甲乙類形狀，根本可以消除交越失真。乙類形狀，根本可以消除交越失真。轉轉41缺陷：缺陷：T1T1、T2T2的偏置電壓不易調(diào)整。的偏置電壓不易調(diào)整。v圖圖5.3.35.3.3為另一偏置電路。為另一偏置電路。v可證，可證，VCE4VCE4 VBE4 (R1VBE4 (R1R2)/ R2 R2)/ R2 ，( (電路電路中中IR1IB4IR1IB4，這種

16、電路稱為，這種電路稱為VBEVBE倍增電路倍增電路) )，經(jīng)過調(diào)整經(jīng)過調(diào)整R R* *1 1，即可調(diào)整，即可調(diào)整T1T1、T2T2的偏置電壓。的偏置電壓。該電路多用于集成電路中。該電路多用于集成電路中。轉轉43v圖圖5.3.3為分別元件電路常用電路。該電為分別元件電路常用電路。該電路調(diào)整路調(diào)整Rp即可改動即可改動T1、T2的偏置電壓，的偏置電壓，使之任務在甲乙類形狀，這類電路通常使之任務在甲乙類形狀，這類電路通常稱為甲乙類稱為甲乙類OTL電路電路轉455.3.25.3.2甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路v1.1.根本電路根本電路v如圖如圖5.3.45.3.4所示。所示。v該電路

17、是采用一個電源供電的互補對稱型該電路是采用一個電源供電的互補對稱型電路，該電路每一雖然子的供電電源為電路，該電路每一雖然子的供電電源為VCC / VCC / 2 2，K K點電位靜態(tài)時為點電位靜態(tài)時為VCC / 2VCC / 2。可經(jīng)過調(diào)整?？山?jīng)過調(diào)整R2R2來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。轉轉47v輸出電容輸出電容C在在T1任務時，對任務時，對C進展充電，當進展充電，當T1 截止截止T2導通時，導通時，C上的充電電壓作為上的充電電壓作為T2的的供電電源，給供電電源，給T2提供能量。提供能量。T3為前置放大級，為前置放大級，它組成的是分壓式電流負反響偏置電路，具它組成的是分壓式電流負反響偏置電路，具有穩(wěn)定靜態(tài)

18、任務點的功能。有穩(wěn)定靜態(tài)任務點的功能。v2.任務原理任務原理va. vi的負半周，的負半周，T1正偏導通，正偏導通，T2反偏截止，電流反偏截止，電流iC1經(jīng)：經(jīng)：vVCCT1c極極T1e極極KCRLv地地(經(jīng)過電源內(nèi)部經(jīng)過電源內(nèi)部)VCC構成回路，構成回路，v如圖如圖5.3.4(a)所示。所示。轉轉50v對負載輸出正半周信號，負載電流的方向為對負載輸出正半周信號，負載電流的方向為自上而下，同時對電容自上而下，同時對電容C C進展充電；進展充電；vb.b.vivi的正半周，的正半周，T1T1反偏截止，反偏截止，T2T2正偏導通，正偏導通，電流電流iC2iC2經(jīng)：經(jīng)：vK K點點T2eT2e極極T

19、2cT2c極極地地vRLCKRLCK點構成回路點構成回路v如圖如圖5.3.4(b)5.3.4(b)所示。所示。v對負載輸出負半周信號，負載電流的方向為對負載輸出負半周信號，負載電流的方向為自下而上，同時電容經(jīng)過回路進展放電。自下而上，同時電容經(jīng)過回路進展放電。v由于輸出電容由于輸出電容C的容量較大，無論是充電或的容量較大，無論是充電或是放電，其兩端的電壓根本堅持在是放電，其兩端的電壓根本堅持在VCC/2不不變。變。v3.3.該電路存在的問題該電路存在的問題v當當T1T1正偏導通，給輸出電容正偏導通，給輸出電容C C充電，使充電，使K K點電點電位向位向VCCVCC接近時，接近時， T1T1的基

20、極電流將遭到限的基極電流將遭到限制而使制而使T1T1不能充分導通，一致使輸出信號的不能充分導通，一致使輸出信號的正半周不能到達理想的最大值。致使正半周不能到達理想的最大值。致使VomVom明顯明顯小于小于VCC / 2VCC / 2。v處理方法：處理方法：v當當T1正偏導通時，隨著正偏導通時，隨著iC1的添加電路的添加電路自動提高自動提高D點的電位，使點的電位，使VD VCC，以保證以保證T1能充分導通能充分導通,從而使從而使Vom接近接近于于VCC / 2。v4.自舉電路及其作用自舉電路及其作用v如圖如圖5.3.5所示所示v(1)自舉電路的組成自舉電路的組成v自舉電路是由自舉電路是由R3、C3組成。其時間常數(shù)組成。其時間常數(shù) R