第08章功率放大器(康華光)

1、第第4章章功率放大器功率放大器 重點：重點： 1.了解功率放大器的類型；了解功率放大器的類型； 2.掌握功率放大器的計算方法。掌握功率放大器的計算方法。（1-2）4.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題一一 .什么是功率放大器什么是功率放大器以輸出較大功率為目的的放大電路以輸出較大功率為目的的放大電路 因此因此,功放要求同時輸出較大的電壓和電流。功放要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動負載在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動負載, 帶載能力要強。帶載能力要強。二二. 功放電路的特點功放電路的特點1.輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大;2. 電路的效率

2、電路的效率( =Po/PE)盡可能高盡可能高;Po 負載上得到的交流信號功率負載上得到的交流信號功率PE 直流電源提供的功率直流電源提供的功率3.不能出現(xiàn)波形失真不能出現(xiàn)波形失真,電路參數(shù)不能超過晶體管極限值電路參數(shù)不能超過晶體管極限值;即即: (1)ICICM ; (2)VCEVCEM ; (3) ICVCE 180, 靜態(tài)靜態(tài)IC 0,管管耗較小效率較高耗較小效率較高,不失不失真真,一般功放常采用。一般功放常采用。導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于180（1-5）4.2 甲類功率放大器實例甲類功率放大器實例一一. 共射極放大器共射極放大器1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析目的目的:求求Q點點,靜態(tài)管耗靜態(tài)管耗 ,電

3、源提電源提供功率供功率(1)Q點計算方法與第點計算方法與第2章相同。章相同。工作工作周期周期交流通路交流通路+uVCCLRb1Ri viRbvo+RL+VCCRbRL+vi+voioiCvceVCEQICQVCCVCCRLQvce , ic 的動態(tài)范圍的動態(tài)范圍=vo , io 的動態(tài)范圍的動態(tài)范圍交負線交負線（1-6）(2)BJT的靜態(tài)功耗的靜態(tài)功耗PT靜態(tài)時三極管消耗的平靜態(tài)時三極管消耗的平均功率均功率PT靜靜= ICQVCEQ= VCEQ(VCC- -VCEQ)/RL當(dāng)當(dāng)VCEQ=VCC/ /2時時PT靜靜最大最大 (3)靜態(tài)時電源提供的平均靜態(tài)時電源提供的平均功率功率 PVC靜靜=IC

4、QVCCvi=0(靜態(tài)時靜態(tài)時)三極管放三極管放大電路依然在耗能。大電路依然在耗能。+uVCCLRb1Ri viRbvo+RL+VCCiCvceVCEQICQVCCVCCRLQ（1-7）2.動態(tài)分析動態(tài)分析(vi 0時時)目的目的:求求Po , , PT(1)輸出功率輸出功率Po22omomIVP o要想獲要想獲Po大大,必須使必須使Vom 和和Iom都要大。都要大。什么條件下什么條件下 Po最大不失真最大不失真?這時最大輸出功率這時最大輸出功率:2)2(21CESCCLomVVRP VomIom功率三角形功率三角形2omomIV Po最大條件：最大條件：(1)當(dāng)當(dāng)Q點處在交流負載線點處在交流

5、負載線VCESICEO的中的中點點;(2)管子工作在接近極限狀態(tài)管子工作在接近極限狀態(tài)時。時。iCQVCEQICQVCCvCEVCESVCCRLLCESCCRVV8)(2 LRV22om 下一頁下一頁（1-8）(2)動態(tài)時電源提供的平均功率動態(tài)時電源提供的平均功率PVC 20)(21tdiVPCCCVC=ICQVCC(4)甲類功率放大器的優(yōu)缺點甲類功率放大器的優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點:信號不失真。信號不失真。缺點缺點:靜態(tài)功率大靜態(tài)功率大,輸出功率小輸出功率小,效率低。效率低。tdtIIVCmCQCC )sin(2120 m=Pom/ /PVC 0.25若忽略若忽略VCES :LCCCCCQCQomRV

6、VIVP222121 (3)電路的效率電路的效率 定義定義: = Po/ /PVC電路的最高效率電路的最高效率:LCESCCCQRVVI2 當(dāng)當(dāng)Q在中點時在中點時:LCCLCESCCCCVCRVRVVVP22)(2 上一頁上一頁=PVC靜靜（1-9）二二 .射極輸出器射極輸出器(共集電極放大器共集電極放大器)1.電路電路2.功率放大原理功率放大原理(1)vI=0靜態(tài)時靜態(tài)時IC=iBiAsVCE=VCC - -VBE這時輸出電壓這時輸出電壓: vo= - -VBE特點：特點：電壓增益近似為電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻大的功率增益，輸出電阻

7、小，帶負載能力強。小，帶負載能力強。靜態(tài)時電源提供的平均功率：靜態(tài)時電源提供的平均功率：PV= PVC+ PVE + PBiAs= iBiAsVCC+iBiAsVEE+iBiAs(VEE- -VBE) iBiAs VCC+2iBiAs VEE （1-10）(2)vI 0動態(tài)時動態(tài)時當(dāng)當(dāng)vI =VIm sin t 時時正半波時正半波時vI vBE1 vo (vo=VCC- -vCE1)負半波時負半波時vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真峰值出現(xiàn)在最大不失真峰值出現(xiàn)在:T1臨界截止或臨界截止或T1臨界飽和時。臨界飽和時。Vom最大最大=VCC- -VCES (T1臨界飽和電

8、壓臨界飽和電壓) T1趨近截止趨近截止 iB1iC1 vCE1 T1趨近飽和趨近飽和（1-11）(a)輸出功率輸出功率PoLRVP1)2(2om o最大輸出功率最大輸出功率:LomRVP1)2(2om 最最大大(b)效率效率 = Po/ /PV電路的最高效率電路的最高效率: m=Pom/ /PV（1-12）三三 .帶鏡象電流源的射極輸出器帶鏡象電流源的射極輸出器1.電路電路T1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -VEER2.功率放大原理功率放大原理(1)vI=0靜態(tài)時靜態(tài)時T2,T3 ,R組成鏡象電流源組成鏡象電流源,為為T1提供工作電流：提供工作電流：IREF=(VEE

9、 - -VBE)/ /R這時輸出電壓這時輸出電壓: vo=- -VBE特點：特點：電壓增益近似為電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻大的功率增益，輸出電阻小，帶負載能力強。小，帶負載能力強。 靜態(tài)時電源提供的平靜態(tài)時電源提供的平均功率：均功率：PV= PVC+ PVE= IREFVCC+2IREFVEE （1-13）(2)vI 0動態(tài)時動態(tài)時當(dāng)當(dāng)vI =VIm sin t 時時正半波時正半波時vI T1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -VEERvCE1 vo (vo=VCC- -vCE1)vo最大不失真正峰值出現(xiàn)在最大不失

10、真正峰值出現(xiàn)在T1臨界飽和時臨界飽和時:負半波時負半波時vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真最大不失真負負峰值出現(xiàn)在峰值出現(xiàn)在:T1截止或截止或T3飽和時。飽和時。vom+=VCC- -VCES (T1臨界飽和電壓臨界飽和電壓) T1趨近截止趨近截止, T3趨近飽和趨近飽和（1-14）若若T1首先截止首先截止,則則 vom- -=| - -IREF RL |若若T3首先出現(xiàn)飽和首先出現(xiàn)飽和,則則vom- -=| - -VEE+ +VCES| VCES T3臨界飽和電壓臨界飽和電壓 (1)輸出功率輸出功率PoT1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -V

11、EERLRVP1)2(2om o最大輸出功率最大輸出功率:LomRVP1)2(2om 或或LomRVP1)2(2om (2)效率效率 = Po/ /PV電路的最高效率電路的最高效率: m=Pom/ /PV（1-15）4.3乙類雙電源互補對稱功率放大電乙類雙電源互補對稱功率放大電路路一一. 電路電路(1)由一對特性相同的由一對特性相同的NPN、PNP三極管三極管組成互補對稱式射組成互補對稱式射極輸出器極輸出器;(2)采用正、負雙電源供電。采用正、負雙電源供電。也稱為互補對稱功率放大也稱為互補對稱功率放大電路電路, 簡稱簡稱OCL電路。電路。二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析靜態(tài)時靜態(tài)時vi=0對稱對稱 V

12、BE1=VEB2=0IC1=IC2=0,VCE1=VEC2=VCCvo=VE=0電源提供功率電源提供功率: PV=0IB1=IB2 = 0,Q點在哪點在哪?交直流負載線怎么畫交直流負載線怎么畫?uuVCCVCCoiLRvi vo（1-16）uuVCCVCCoiLRvi voic2三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析動態(tài)時動態(tài)時vi0設(shè)設(shè)vi=Vimsin tAv1vo=vi- -vBEvivi ,vo波形圖示。波形圖示。 vi正半波正半波T1放大放大,T2截止截止 iL=ic1 =(VCC- -vCE1)/ /RLVCCiC1 vCE1直負線直負線ic1QVomVCCRL交負線交負線 vi負半波負半波T2

13、放大放大,T1截止截止 iL=ic2=(VCC- -vEC2)/ /RL ic1vCE1 的動態(tài)軌跡的動態(tài)軌跡(交交負線負線)? 交負線方程交負線方程 :vCE1=VCC- -ic1 RL（1-17）可見可見: T1T2兩管交替工作兩管交替工作,在負載上得到完整的正弦波。在負載上得到完整的正弦波。負載上可能獲得的最大電壓峰值為負載上可能獲得的最大電壓峰值為: VCC- -VCES1.輸出功率輸出功率Po可能獲得的最大輸出功率可能獲得的最大輸出功率:LoRVP1)2(2om LomRVVP1)2(2CESCC 2. 管耗管耗PT (BJT消耗的功率消耗的功率)一個管子的管耗一個管子的管耗:兩管管

14、耗兩管管耗:)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP )d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )4(12omomCCLVVVR )4(2=2omomCCLT2T1TVVVRPPP LRV22CC （1-18）當(dāng)當(dāng)VomVCC時時效率最高效率最高:3. 電源供給的功率電源供給的功率PVLomCC2RVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP % 78.54 PV = Po+PT當(dāng)當(dāng)VomVCC時時電源供給功率最大電源供給功率最大: / /4（1-19）)4(12omomCCLT1VVVRP 0.2Pom om2L2CC2T1m21PRVP Vo

15、m=?時時PT1最大最大? 令令(dPT1)/ /(dVom)=0, 得出得出:當(dāng)當(dāng)Vom=2VCC/ / =0.64VCC時時PT1最大。最大。2.選功率管的原則選功率管的原則(1) PCMPT1max=0.2Pom(2)|V(BR)CEO|2VCC(3)ICMVCC/ /RL 四、四、 功率功率BJT的選擇原則的選擇原則最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系一管管耗一管管耗:（1-20）五五.乙類互補對稱功放的缺點乙類互補對稱功放的缺點存在交越失真存在交越失真當(dāng)當(dāng)vi0時：時： tvovi t交越失真交越失真uuVCCVCCoiLRvi有極小部有極小部分截止區(qū)分截止區(qū)消除

16、交越失真的措施：消除交越失真的措施：采用甲乙類互補對稱功采用甲乙類互補對稱功放放,使使Q點剛剛脫離截止區(qū)。點剛剛脫離截止區(qū)。（1-21）4.4 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一一.甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路1.電路電路2.靜態(tài)分析靜態(tài)分析(vi=0時時)T3處在放大狀態(tài)處在放大狀態(tài), D1D2處處在導(dǎo)通狀態(tài)。在導(dǎo)通狀態(tài)。VBE1=VEB20T1T2處在微導(dǎo)通狀態(tài)。處在微導(dǎo)通狀態(tài)。IB1=IB2 0,IC1=IC2 0,VCE1=VEC2VCC電源提供靜態(tài)功率電源提供靜態(tài)功率: PV =2IC1VCC =2IC1VCE10 對稱對稱, 兩管兩管射極電位

17、射極電位: vo=VE=03.動態(tài)工作情況動態(tài)工作情況 D相當(dāng)于恒壓源相當(dāng)于恒壓源,動態(tài)時相動態(tài)時相當(dāng)于短路當(dāng)于短路,對動態(tài)無影響。對動態(tài)無影響。 vI負半周負半周T1放大放大, T2截止。截止。vI正半周正半周T2放大放大, T1截止。截止。（1-22）LLooRVRVP1)2()(2om2 有有效效(3) 管耗管耗PT (BJT消耗的有功功率消耗的有功功率)一個管子的管耗一個管子的管耗:)4(12momoCCLT1VVVRP 4.指標(biāo)計算指標(biāo)計算與乙類相同。與乙類相同。(1)輸出電壓輸出電壓vo :當(dāng)當(dāng)Vom=2VCC/ / 時時PT1最大最大:Vo=PP (2)輸出功率輸出功率Po :v

18、ovc3PT1m0.2Pom(4) 電源供給的功率電源供給的功率PV :PV = Po+2PT1(5) 效率效率 :（1-23）5.缺點缺點:不易調(diào)整不易調(diào)整Q點點(VBE)6. 電路的改進電路的改進)(212BE4RRRV 通過改變通過改變R1、R2可得到可得到合適的合適的VBE1、VEB2 。 當(dāng)當(dāng)R1、R2不變時不變時,VCE4是是一個定值一個定值,這時這時R1、R2 、T4可可看作是一個直流電源看作是一個直流電源,動態(tài)時動態(tài)時相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,對動態(tài)無影響。對動態(tài)無影響。指標(biāo)計算與乙類相同。指標(biāo)計算與乙類相同。VBE1+VEB2 =VCE4（1-24）2.靜態(tài)分析靜態(tài)分析(vi=0時時)靜態(tài)時靜態(tài)時, 對稱對稱VCE1=VEC2=VK=VCC/2IB1=IB2 0,IC1=IC20這時電容這時電容C充電也達到穩(wěn)態(tài)充電也達到穩(wěn)態(tài):VCVCC/2(RLC T信號信號)3.動態(tài)分