第八章功率放大電路案例

1、第八章第八章 功率放大電路功率放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6本章內(nèi)容本章內(nèi)容n8.1功率放大電路的一般問(wèn)題功率放大電路的一般問(wèn)題n8.2射極輸出器射極輸出器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例n8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路n8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路n8.5集成功率放大器集成功率放大器電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.1 功率放大電路的一般問(wèn)題功率放大電路的一般問(wèn)題n8.1.1功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象n8.1.2功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途

2、徑電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.1.1功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1) 功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn) 功率放大電路是一種以功率放大電路是一種以輸出較大功率輸出較大功率為目為目的的放大電路。因此，的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。管子工作在接近極限狀態(tài)。 一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6（2 2）功率放大電路研究的問(wèn)題）功率放大電路研究的問(wèn)題 1）性能指標(biāo)：輸出功率和效率。）性能指標(biāo)：輸出功率

3、和效率。2）晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。）晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。CMCEO)BR(CMP,U,I功率管功率管的選擇的選擇3）失真和散熱）失真和散熱極限極限狀態(tài)狀態(tài)圖解法圖解法電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6放大電路的功率和效率放大電路的功率和效率L2ooRUP VomPP 輸出功率輸出功率輸出電壓輸出電壓（有效值）（有效值）效率效率直流電源輸直流電源輸出功率出功率CCC(AV)VVIP 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6+VCCRBRLC1+ui+射極輸出器射極輸出器CQItdiCC20CCCVVV21P: 電電源源輸輸出出功功率率電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分20

4、22-4-6LLRIRItdtItdom2CQ2L202cmCQ20LC2O21R)sin(I21Ri21P: 負(fù)負(fù)載載消消耗耗的的功功率率OVLCQCEQPPRIIUtd om220CCET21iu21P: 三三極極管管消消耗耗的的功功率率直流電源輸出功率充分激勵(lì)下直流電源輸出功率充分激勵(lì)下( (輸入輸入) )電路輸出不失真最大功電路輸出不失真最大功率時(shí)率時(shí),Q,Q點(diǎn)的位置點(diǎn)的位置電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6 管子一個(gè)周管子一個(gè)周期內(nèi)都導(dǎo)通期內(nèi)都導(dǎo)通 有半個(gè)周期有半個(gè)周期以上導(dǎo)通以上導(dǎo)通 只有半個(gè)周只有半個(gè)周期導(dǎo)通期導(dǎo)通8.1.2功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的

5、主要途徑電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-61 1）甲類方式：晶體管在）甲類方式：晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均處信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)于導(dǎo)通狀態(tài)2 2）乙類方式：晶體管僅）乙類方式：晶體管僅在信號(hào)的半個(gè)周期處于在信號(hào)的半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)3 3）甲乙類方式：晶體管）甲乙類方式：晶體管在信號(hào)的多半個(gè)周期處在信號(hào)的多半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)于導(dǎo)通狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。管耗大，效率低。失真大，靜態(tài)電流為失真大，靜態(tài)電流為零零 ，管耗小，效率高。，管耗小，效率高。消除交越失真。消除交越失真。電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.2射極輸出器射極輸出

6、器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的電路圖帶電流源詳圖的電路圖 特點(diǎn)：特點(diǎn)：電壓增益近似為電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.2射極輸出器射極輸出器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例電壓與輸入電壓的關(guān)系電壓與輸入電壓的關(guān)系 OI(0.6)Vvv設(shè)設(shè)T1的飽和壓的飽和壓VCES0.2V vO正向振幅最大值正向振幅最大值 omCC0.2VVVvO負(fù)向振幅最大值負(fù)向振幅最大值 若若T1首先截止首先截止 LBiASomRIV若若T3首

7、先出現(xiàn)飽和首先出現(xiàn)飽和 omEE0.2 VVV 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.2射極輸出器射極輸出器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例CCEE15VVVBiAS1.85AI 8LRiBiASIvv VVBIAS=0.6V當(dāng)當(dāng) 放大器的效率放大器的效率 omVCVE100%16.4%()PPP效率低效率低電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路n8.3.1 電路組成電路組成n8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算n8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.1 電路組成 由一對(duì)由一對(duì)NPN、PNP

8、特性相特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。負(fù)雙電源供電。1. 電路組成電路組成2. 工作原理工作原理 兩個(gè)三極管在信號(hào)正、兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。到一個(gè)完整的波形。電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.2 分析計(jì)算ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T T1 1、T T2 2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作

9、的方式，稱為乙類放大乙類放大。因此，不需要隔直電容。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0V電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.2 分析計(jì)算圖解分析圖解分析電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.2 分析計(jì)算1. 最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP實(shí)際輸出功率實(shí)際輸出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP忽略忽略VCES時(shí)時(shí)L2CComax2RVP 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.2 分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)

10、的管耗單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP2. 管耗管耗 PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV)d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.2 分析計(jì)算3. 電源供給的功率電源供給的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CComVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP 當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CComVV % 78.54 電子技術(shù)基礎(chǔ)-

11、模擬部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇1. 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)系因?yàn)橐驗(yàn)?4(12omomCCLT1VVVRP 當(dāng)當(dāng) 0.6VCC 時(shí)具有最大管耗時(shí)具有最大管耗CCom2VV 0.2Pom L2CC2T1m1RVP 選管依據(jù)之一選管依據(jù)之一電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇功率與輸出幅功率與輸出幅度的關(guān)系度的關(guān)系電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇n2.功率功率BJT的選擇的選擇q1）每只）每只BJT的最大允許管耗必須大于的最大允許管耗必須大于0.2Po

12、mq2）|（V（BR）CEO）|2VCCq3）IcmVcc/RL電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇n例：功放電路如圖例：功放電路如圖8.3.1a所示，所示，設(shè)設(shè)Vcc=12V，RL=8歐，功率歐，功率BJT的極限參數(shù)為的極限參數(shù)為Icm=2A， |（V（BR）CEO）|=30V，Pcm=5W。求（。求（1）最大輸出功率最大輸出功率Pom，并檢驗(yàn)，并檢驗(yàn)BJT是否能安全工作；（是否能安全工作；（2）放大電）放大電路在效率為路在效率為0.6時(shí)輸出功率的值時(shí)輸出功率的值。電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6OTL)OTL)單電源系統(tǒng)單電源系統(tǒng)負(fù)載串接大容量

13、負(fù)載串接大容量電容電容C(C(幾百幾百 幾幾千微法的電解電千微法的電解電容器）容器）電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6CCEQV21V:E 點(diǎn)點(diǎn)靜靜態(tài)態(tài)電電位位必必須須調(diào)調(diào)在在電電路路中中要要求求OTLt2CCV保證輸出端能夠得保證輸出端能夠得到最大輸出功率到最大輸出功率2CCCQVU V0UOQ C C隔直走流隔直走流2)2(CESCComUVU 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6C C隔直走流隔直走流, , ,電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.4 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路n8.4.1 甲乙類甲乙類雙雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電源互補(bǔ)對(duì)稱電路n8.4.2

14、甲乙類甲乙類單單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問(wèn)題乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問(wèn)題電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路1. 靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置可克服交越失真可克服交越失真2. 動(dòng)態(tài)工作情況動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型二極管等效為恒壓模型設(shè)設(shè)T3已有合適已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路交流相當(dāng)于短路電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路BE422

15、1CE4VRRRV VBE4可認(rèn)為是定值可認(rèn)為是定值 R1、R2不變時(shí)，不變時(shí)，VCE4也也是定值，可看作是一個(gè)直流是定值，可看作是一個(gè)直流電源。電源。電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-68.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VKVCVCC/2（電容（電容C充電達(dá)到穩(wěn)充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。態(tài)）。當(dāng)有信號(hào)當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)時(shí)負(fù)半周負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向，同時(shí)向C充電充電正半周正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容導(dǎo)通，則已充電的電容C通過(guò)負(fù)載通過(guò)負(fù)載RL放電。放電。只要滿足只要滿足RLC T信信，電容，電容C就可充就可充當(dāng)原來(lái)的當(dāng)原來(lái)的VCC。計(jì)算計(jì)算Po、PT、PV和和PTm的公式必須的公式必須加以修正，以加以修正，以VCC/2代替原來(lái)公式中代替原來(lái)公式中的的VCC。 電子技術(shù)基礎(chǔ)-模擬部分2022-4-6功率放大電路總結(jié)功率放大電路總結(jié)類別類別特點(diǎn)特點(diǎn)Q 點(diǎn)點(diǎn)波波 形形甲類甲類無(wú)失真無(wú)失真Q 較高較高ICQ 較大較大Q 較高較高甲乙類甲乙類有失真有失真效率高效率高ICQ 小小Q 較低較低乙類乙類失真大失真大效率最高效率最高IC