功率電子線路

1、第第 1 章章 功率電子線路功率電子線路 1.1 功率電子線路概述功率電子線路概述 1.2 功率放大器的電路組成和功率放大器的電路組成和 工作特性工作特性 1.3 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路 1.1 功率電子線路概述功率電子線路概述 作用：作用：高效地實現能量變換和控制。高效地實現能量變換和控制。 種類：種類： 根據應用領域和處理對象不同根據應用領域和處理對象不同 (1) 功率放大電路：功率放大電路： 放大器的一類。用于通信、音放大器的一類。用于通信、音像等電子設備。像等電子設備。 (2) 電源變換電路：電源變換電路： 對電源能量進行特定變換。用對電源能量進行特定變換。用于電源設

2、備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制。于電源設備、電子系統(tǒng)、工業(yè)控制。1.1.1 功率放大器功率放大器與其它放大器相比與其它放大器相比 相同點：相同點： 均在輸入信號作用下，將直流電源的直流均在輸入信號作用下，將直流電源的直流功率轉換為輸出信號功率。功率轉換為輸出信號功率。 不同點：不同點： 性能要求和運用特性不同。性能要求和運用特性不同。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求1. 安全。安全。 輸出功率大，管子大信號極限條件下運用。輸出功率大，管子大信號極限條件下運用。 2. 高效率。高效率。 用用c 集電極效率集電極效率 (Collector Efficiency) 衡量轉換效衡量轉換效率：

3、率： CooDocPPPPP Po 輸出信號功率輸出信號功率 (Output Signal Power)；式中：式中：PD 電源提供的功率；電源提供的功率； PC 管耗管耗 (Power Dissipation)Po 一定一定，c 高高PD 小小PC 小小 可選可選 PCM 小小的的管子，以降低費用。管子，以降低費用。 3. 失真小。失真小。 輸出功率越大，相應的動態(tài)電壓電流越輸出功率越大，相應的動態(tài)電壓電流越大，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。除采用反饋技術外，還必須限制輸出功率。反饋技術外，還必須限制輸出功率。 作為作為放大器放大器，功

4、率增益功率增益是重要的性能指標，但與上是重要的性能指標，但與上述述三個要求三個要求相比，相比，安全、高效和小失真安全、高效和小失真是是第一位第一位的。的。功功率增益率增益可用可用增加前置級的級數增加前置級的級數或或提高相應的增益提高相應的增益來來彌補彌補。 二、功率管的運用特點二、功率管的運用特點1. 功率管的運用狀態(tài)功率管的運用狀態(tài) 根據根據功率管功率管在一個信號周期內導通時間的不同，在一個信號周期內導通時間的不同，功率管運用狀態(tài)功率管運用狀態(tài)可分為可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類甲類、乙類、甲乙類、丙類等等多種。多種。功率管運用狀態(tài)功率管運用狀態(tài)通常靠通?？窟x擇靜態(tài)工作點選擇靜態(tài)工作點來實現

5、。來實現。 甲類：甲類：功率管在一個周期內導通功率管在一個周期內導通 (如小信號放大如小信號放大)。 乙類：乙類：功率管僅在半個周期內導通。功率管僅在半個周期內導通。 甲乙類：甲乙類：管子在大于半個周期小于一個周期內導通。管子在大于半個周期小于一個周期內導通。丙類：丙類：功率管小于半個周期內導通。功率管小于半個周期內導通。 2. 不同運用狀態(tài)下的不同運用狀態(tài)下的C管子的運用狀態(tài)不同，相應的管子的運用狀態(tài)不同，相應的Cmax 也不同。也不同。 CoocPPP 減小減小 PC 可提高可提高C。 假設假設集電極瞬時電流和電壓集電極瞬時電流和電壓分別為分別為 iC 和和 vCE，則，則 PC 為為 2

6、oCECCd21tviP 討論：討論：若減少若減少 PC，則要減少，則要減少 iC vCE 途徑途徑 1：由由甲類甲類甲乙類甲乙類乙類乙類丙類丙類，減小管子，減小管子在信號周期內的導通時間，即增大在信號周期內的導通時間，即增大 iC 0 的時間。的時間。 途徑途徑 2：使管子運用在開關狀態(tài)使管子運用在開關狀態(tài) ( (又稱丁類又稱丁類) )；管子管子在在半個周期內飽和導通半個周期內飽和導通，另半個周期內截止另半個周期內截止。飽和導通飽和導通時，時，vCE vCE (sat) 很小，因此導通的半個周期內，瞬時管很小，因此導通的半個周期內，瞬時管耗耗 iC vCE 處在很小的值上。處在很小的值上。截

7、止時，截止時，不論不論 vCE 為何值，為何值，iC 趨于趨于 0，iC vCE 也處在零值附近。結果也處在零值附近。結果 PC 很小，很小，C 顯著增大。顯著增大。 總結：總結：為提高集電極效率，為提高集電極效率，管子的運用狀態(tài)管子的運用狀態(tài)從從甲甲類向乙類、丙類類向乙類、丙類或或開關工作的丁類轉變開關工作的丁類轉變。但隨著效率。但隨著效率的提高，的提高，集電極電流波形失真嚴重集電極電流波形失真嚴重，為實現不失真放，為實現不失真放大，在電路中需采取特定措施。大，在電路中需采取特定措施。1.1.2 電源變換電路電源變換電路1.1.3 功率器件功率器件 功率管功率管是是功率放大電路的關鍵器件，功

8、率放大電路的關鍵器件，如何選擇功率如何選擇功率管的運用狀態(tài)，并保證它們安全工作是需要共同解決的管的運用狀態(tài)，并保證它們安全工作是需要共同解決的問題。為此，必須問題。為此，必須首先了解功率器件的極限參數及安全首先了解功率器件的極限參數及安全工作區(qū)。工作區(qū)。 雙極型功率晶體管的安全工作雙極型功率晶體管的安全工作受到受到三個極限參數三個極限參數的限制：的限制： (1) 集電極最大允許管耗集電極最大允許管耗 PCM。還與散熱條件密切。還與散熱條件密切相關相關 (2) 集電極擊穿電壓集電極擊穿電壓 V(BR)CEO(3) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM 以上與以上與功率管的結構，工藝參數，

9、封裝形式功率管的結構，工藝參數，封裝形式有關。有關。一、功率管散熱和相應的一、功率管散熱和相應的 PCM 耗散在功率管中的功率耗散在功率管中的功率 PC 主要消耗在集電結上，主要消耗在集電結上，造成集電結發(fā)熱，結溫升高。造成集電結發(fā)熱，結溫升高。若集電極的散熱條件良好，若集電極的散熱條件良好，集電結上的熱量很容易散發(fā)集電結上的熱量很容易散發(fā)到周圍空氣中去，則集電結就會在某一較低溫度上達到到周圍空氣中去，則集電結就會在某一較低溫度上達到熱平衡，此時集電結上產生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱平衡，此時集電結上產生的熱量等于散發(fā)到空氣中的熱量。熱量。反之，散熱條件不好，反之，散熱條件不好，集電結就會在更

10、高的溫度集電結就會在更高的溫度上達到熱平衡，甚至產生熱崩而燒壞管子。上達到熱平衡，甚至產生熱崩而燒壞管子。 集電結結溫集電結結溫 (Tj) 升高升高 集電極電流集電極電流 (iC) 增大增大 PC 增大增大 Tj 隨之升高隨之升高 iC 增大增大 PC 增大增大 Tj 升高升高，如此反復，直至，如此反復，直至 Tj 超超過集電結最高允許溫度過集電結最高允許溫度 TjM，導致管子被燒壞的，導致管子被燒壞的一種惡一種惡性循環(huán)現象。性循環(huán)現象。熱崩熱崩 (Thermal runaway)： 金屬底座又金屬底座又與管殼相連的與管殼相連的結構。此外，結構。此外，金屬底座還加金屬底座還加裝金屬散熱器裝金屬

11、散熱器( (如圖如圖) )(a) (b) 功率管底座上加裝散熱器功率管底座上加裝散熱器 (c) 相應的熱等效電路相應的熱等效電路 實踐中，為了利于集電結的散實踐中，為了利于集電結的散熱，以提高熱，以提高 PCM，雙極型功率管都，雙極型功率管都采用集電極直接固定在金屬底座上，采用集電極直接固定在金屬底座上， 散熱器：散熱器：翼狀結構，以增大散熱面積。面積越大，翼狀結構，以增大散熱面積。面積越大，厚度越厚，材料的導熱率越高，散熱效果越好。厚度越厚，材料的導熱率越高，散熱效果越好。 二、二次擊穿二、二次擊穿 要保證功率管安全工作，要保證功率管安全工作，除滿足由除滿足由 PCM、ICM 和和V(BR)

12、CEO 所規(guī)定的安全工作條件外，還要求所規(guī)定的安全工作條件外，還要求不發(fā)生二次不發(fā)生二次擊穿擊穿。 二次擊穿二次擊穿 (Secondary Breakdown)：當集電極電壓當集電極電壓超過超過 V(BR)CEO，會引起擊穿，只要外電路限制擊穿后，會引起擊穿，只要外電路限制擊穿后的電流，管子就不會損壞，待集電極電壓小于的電流，管子就不會損壞，待集電極電壓小于V(BR)CEO 后，管子恢復正常工作。如上述擊穿后，電后，管子恢復正常工作。如上述擊穿后，電流不加限制，就會出現集電極電壓迅速減小，集電極流不加限制，就會出現集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現象，即為電流迅速增大的現象，即為二次擊

13、穿二次擊穿。 二次擊穿的后果：二次擊穿的后果：導致過熱點的晶體熔化，要引起導致過熱點的晶體熔化，要引起vCE下降下降，iC 劇增劇增，功率管尚未發(fā)燙就已損壞。是不可逆，功率管尚未發(fā)燙就已損壞。是不可逆，破壞性的。破壞性的。 發(fā)生條件：發(fā)生條件：它在高壓低電流時發(fā)生，相應的功率稱它在高壓低電流時發(fā)生，相應的功率稱為為二次擊穿耐量二次擊穿耐量 PSB。 功率放大電路功率放大電路使用使用雙雙極型功率晶體管極型功率晶體管外，還外，還使用使用功率功率 MOS 管管，絕緣絕緣柵雙極型功率管柵雙極型功率管。 1.2 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 在放大原理上，功率放大器與其它

14、放大器一樣，都在放大原理上，功率放大器與其它放大器一樣，都是是能量轉換器能量轉換器，但是，由于要求不同，因而在，但是，由于要求不同，因而在電路組成電路組成和運用特性和運用特性上，功率放大器卻有不同的特點。上，功率放大器卻有不同的特點。 1.2.1 從一個例子講起從一個例子講起 圖圖 (a) 為為放大器的基本電路放大器的基本電路，現將其作為現將其作為功率放大器功率放大器來分析它來分析它的功率性能。由此提示的功率性能。由此提示功率放大功率放大電路組成電路組成及其及其工作性能工作性能上的特點。上的特點。 功率放大器功率放大器為為大信號放大器大信號放大器，進行分析時，功率器，進行分析時，功率器件必須采

15、用件必須采用一般模型一般模型( (大信號模型大信號模型) )。工程上，采用較多。工程上，采用較多的是的是特性曲線上作負載線的圖解分析法特性曲線上作負載線的圖解分析法。 1. 靜態(tài)工作點的選擇：靜態(tài)工作點的選擇：為了使電路在管子不出現為了使電路在管子不出現飽和、截止失真的條件下，輸出功率最大，即輸出電飽和、截止失真的條件下，輸出功率最大，即輸出電壓和電流均達到最大幅值，需要把壓和電流均達到最大幅值，需要把工作點工作點 Q 選在選在負載負載線的中點線的中點。即即 LCCLCEQCQCCCEQ2,2RVRVIVV 2. 集電級輸出電壓和電流集電級輸出電壓和電流( (假設假設 VCE(sat) 和和

16、ICEO 為為0) )tVVvVvtIIiIisinsincmCEQceCEQCEcmCQcCQC其中，其中，CQLCEQLcmcmCCCEQcm2IRVRVIVVV,PL 和和 PC 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： PL中中直流功率直流功率4221DCQCEQcmcmoPIVIVP ，2DCQCEQPIV 交流功率交流功率 %25Domax PP cmcmCQCEQCCE2oCcmcmCQCEQL2C2oLCQCCCC2oD21d2121d21d21IVIVtivPIVIVtRiPIVtiVPC 3. 電源提供的直流功率電源提供的直流功率 PD、負載功率、負

17、載功率 PL、集電極、集電極耗散功率耗散功率 PC4. 討論：討論：(1) 電路組成電路組成 甲類功放甲類功放的的Cmax 僅為僅為 25%，PD 中僅有中僅有 1/4 轉換為轉換為有用的輸出信號功率有用的輸出信號功率，其余均被浪費。其中，一部分，其余均被浪費。其中，一部分耗散在管子中，大部分耗散在管子中，大部分 ( PL 中直流功率中直流功率 PD/2 ) 消耗在消耗在 RL上。上。提高提高Cmax 的辦法：的辦法： 合理選擇管子的運用狀態(tài)合理選擇管子的運用狀態(tài)( (乙類或甲乙類乙類或甲乙類) )減小管減小管子消耗功率。子消耗功率。 在管外電路中，采用不消耗直流功率的電路結構，在管外電路中，

18、采用不消耗直流功率的電路結構，消除消除 RL 上消耗的直流功率。上消耗的直流功率。(2) 工作特性工作特性 否則，否則，RL 的減小的減小不會增大輸出電流，不會增大輸出電流，反而會因減小集電反而會因減小集電極電壓振幅而使極電壓振幅而使 Po 減小，還會因減小，還會因 ICQ增增大而使大而使 PD 增大，結增大，結果使果使C 降低。降低。 當當 VCC 一定、一定、Q 在在負載線中點負載線中點時，時，Vcm(VCC /2)被被限定。要提高輸出信號功率，就必須減小限定。要提高輸出信號功率，就必須減小 RL，才能增，才能增大大 Icm。但，在減小。但，在減小 RL 時，還必須同時增大激勵電流。時，還

19、必須同時增大激勵電流。充分激勵時充分激勵時RL變化對功率性能的影響變化對功率性能的影響 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 Po，必，必須減小須減小 RL，同時相應增大輸入激勵電流。，同時相應增大輸入激勵電流。 充分激勵：充分激勵：與與 RL 相匹配的輸入激勵相匹配的輸入激勵( (不出現飽和不出現飽和失真的最大激勵失真的最大激勵) )。 匹配負載：匹配負載：相應的負載為匹配負載相應的負載為匹配負載( (能使能使 Q 處于交處于交流負載線中點的負載流負載線中點的負載) )。5. 結論結論 (1) 功放在電路組成上，必須采用避免管外電路中無功放在電路組成上，必

20、須采用避免管外電路中無謂消耗直流功率的電路結構。謂消耗直流功率的電路結構。 (2) 在工作特性上，輸出負載，輸入激勵和靜態(tài)工在工作特性上，輸出負載，輸入激勵和靜態(tài)工作點相互牽制，要高效率輸出所需信號功率，三者必作點相互牽制，要高效率輸出所需信號功率，三者必須有一個最佳配置。須有一個最佳配置。1. 電路電路(1) 輸入端：輸入端： RB偏置電阻偏置電阻CB旁路電容旁路電容Tr1耦合變壓器耦合變壓器(2) 輸出端：輸出端： Tr2耦合變壓器，耦合變壓器，對交流，對交流，Tr2起阻抗變換作起阻抗變換作用，用，L2LRnR 1.2.2 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

21、能 一、甲類變壓器耦合功放一、甲類變壓器耦合功放(1) 靜態(tài)分析靜態(tài)分析CCCEVv 2. 電路分析電路分析 根據直流通路，寫出直流負載方程：根據直流通路，寫出直流負載方程： 直流負載線：直流負載線：EF(2) 動態(tài)分析動態(tài)分析 交流負載線方程：交流負載線方程：LcceRiv 又：又：cCQCceCEQCEiIivVv 則：則：交流負載方程可改寫為交流負載方程可改寫為)(CQCLCEQCEIiRVv 上式表明，當上式表明，當CCCEQCECQCVVvIi 時時， ，它在兩坐標軸上的截距：它在兩坐標軸上的截距： CQLCEQCECLCEQCQCCE0/0IRVviRVIiv 時，時，時，時，)(

22、CQCLCEQCEIiRVv 相應畫出交流負相應畫出交流負載線是一條通過載線是一條通過 Q點的直線點的直線 MN，斜，斜率為率為 1/ 。LR (3) 功率性能功率性能 當輸入充分激勵，當輸入充分激勵，Q 處在負載線處在負載線中點中點時，忽略非線時，忽略非線性失真，且設性失真，且設00CEOCE(sat) IV， ，則相應的集電極，則相應的集電極電電壓和電流壓和電流分別為：分別為：tVVvtIIisinsincmCEQCEcmCQC，其中其中LCCLcmCQcmCCCEQcm/RVRVIIVVV ； 與與放大器的基本電路放大器的基本電路相比，在匹配負載時，電壓相比，在匹配負載時，電壓信號幅值信

23、號幅值 Vcm 由由 VCC/2，增加到，增加到 VCC，若呈現在集電，若呈現在集電極上的負載相等，則輸出信號功率增大四倍。極上的負載相等，則輸出信號功率增大四倍。根據上述關系求得根據上述關系求得50%/2/2/2/2/2DocmaxDcmcmCQCCCDCQCEOcmcmoLCQCCDPPPIVIVPPIVIVPPIVP(4) 管安全管安全由由圖圖可見，加在集電極上的最大電壓可見，加在集電極上的最大電壓 CCCEmaxVv通過集電極的最大電流通過集電極的最大電流。CQcmCQCmax2IIIi ，CCcm2VV 當當Po = 0時，時，PD全部消耗在管子中，因而消耗在全部消耗在管子中，因而消

24、耗在集電極上的最大功率集電極上的最大功率 。DCmaxPP 所以保證管子安全工作的條件為：所以保證管子安全工作的條件為： 采用變壓器耦合，采用變壓器耦合，Cmax 將由將由 0.25 增大到增大到 0.5，即，即 PD 的一半轉換為的一半轉換為 Po。 若若 Q 處于交流負載線的處于交流負載線的中點中點，且充分激勵的條件，且充分激勵的條件下，增大下，增大 VCC，或減小，或減小R,L ，Po均將增大，但最后受均將增大，但最后受安全工作條件的限制。安全工作條件的限制。CMDCmaxCMCQCMCQCmax(BR)CEOCC(BR)CEOCCCEmax2/22/2PPPIIIIiVVVVV 即即即

25、即又因為：又因為： 2/2/2/DCQCCcmcmomaxPIVIVP ，上述，上述安全工作條件又可用安全工作條件又可用 Pomax 表示為表示為8/2/CM(BR)CEOmaxoCMmaxoIVPPP Pomax 取較小的值。取較小的值。 除外，還需檢查動態(tài)點是否落在二次擊穿限定的安除外，還需檢查動態(tài)點是否落在二次擊穿限定的安全區(qū)內。全區(qū)內。二、乙類推挽功率放大器二、乙類推挽功率放大器 乙類工作時，為了在負載上合成完整的正弦波，乙類工作時，為了在負載上合成完整的正弦波，必須采用兩管輪流導通的推挽必須采用兩管輪流導通的推挽 (Push-Pull) 電路。電路。可有可有多種實現方案：多種實現方案

26、：(1) 變壓器耦合乙類推挽功放變壓器耦合乙類推挽功放(2) 互補推挽功放互補推挽功放1. 變壓器耦合功放變壓器耦合功放 (1) 電路結構電路結構 Tr1輸入變壓器，利用次級繞組的中心抽頭輸入變壓器，利用次級繞組的中心抽頭將將 vi (t) 分成兩個幅值相等，極性相反的激勵電壓分成兩個幅值相等，極性相反的激勵電壓1ii2vv ，分別加在兩管的基射極之間，實現兩，分別加在兩管的基射極之間，實現兩管輪流導通。管輪流導通。 Tr2輸出變壓器，隔斷輸出變壓器，隔斷 iC1 和和 iC2 中的平均分中的平均分量，并利用初級繞組的中心抽頭將量，并利用初級繞組的中心抽頭將 iC1 和和 iC2 中的基波中的

27、基波分量在分量在 RL 中疊加，輸出正弦波。中疊加，輸出正弦波。 T1 和和 T2特性配對、相同導電類型的特性配對、相同導電類型的 NPN 功功率管率管(2) 工作原理工作原理 (忽略射結導通壓降忽略射結導通壓降) vi1(t) 0 時，時， vi2(t) 0，T1 管導通，管導通，T2 管截止，管截止，ic1 處于正半周的半個正弦波；處于正半周的半個正弦波； vi2(t) 0 時，時， vi1(t) 0，T2 管導通，管導通，T1 管截止，管截止，ic2 處于負半周的半個正弦波。處于負半周的半個正弦波。iC1 和和 iC2 中的基波分量在中的基波分量在 RL 中疊加，輸出正弦波。中疊加，輸出

28、正弦波。 2. 互補推挽電路互補推挽電路(1) 電路特點電路特點T1 與與 T2功率管互補配對功率管互補配對(2) 工作原理工作原理( (忽略射結壓降忽略射結壓降) ) vi(t) 0 時，時，T1 管管 (NPN型型) 導通，導通，T2管管 (PNP型型) 截止，截止，iC1(iE1) 為正半周的半個正弦波；為正半周的半個正弦波； vi(t) 0 時，時，T2 管導通，管導通，T1 管截止，管截止，iC2(iE2)為處為處于負半周的半個正弦波。于負半周的半個正弦波。通過通過 RL 的電流的電流E21ELiii ，合成完整的正弦波。，合成完整的正弦波。 小結：小結：上述功率放大器，為實現器件輪

29、流導通：上述功率放大器，為實現器件輪流導通：乙類功放電路乙類功放電路輸入激勵輸入激勵信號信號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放大器功率放大器極性相反極性相反對管，管對管，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推挽乙類功互補推挽乙類功率放大器率放大器極性相同極性相同對管，管對管，管型不同型不同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) 推挽電路的組合特性推挽電路的組合特性 靜態(tài)工作點：靜態(tài)工作點： CCCEQ2CCCEQ1c2c1i00)(VVVViitv Vi 正半周，正半周，T1 導通，負載線是自導通，負

30、載線是自 Q 點出發(fā)，斜率為點出發(fā)，斜率為L/1 R 的的直線直線 AQ； Vi 負半周，負半周，T2 導通，負載線是自導通，負載線是自 Q 點出發(fā)，斜率為點出發(fā)，斜率為L/1 R 的的直線直線 A Q。 雖然雖然集電極電流集電極電流是是半個正弦波半個正弦波，但，但集射極交流電集射極交流電壓壓是是完整正弦波完整正弦波。 (2) 性能分析性能分析( (忽略失真忽略失真) ) 一般性能分析一般性能分析在在 0 t 時，時，tIii sin0cmC1C2 t 2 時，時，iC1 0 iC2 Icmsint 相應的集射極間電壓：相應的集射極間電壓：VCE2 = VCC + VcmsintVCE1 =

31、VCC Vcmsint通過通過 RL 的電流：的電流：tIiiiii sincmC2C12EE1L 相應產生的電壓：相應產生的電壓：tVv sincmL RL 上的輸出功率：上的輸出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正負電源總的直流功率：正負電源總的直流功率： PD = PD1 PD2 = 2VCCI平均平均 = 2VCCIcm/ 令令VCE(sat) = 0，ICEO = 0，則則Vcm = VCC，Icm = VCC/RL 若充分激勵若充分激勵 相應相應 Po 和和 PD 達到最大，達到最大，即即LCC2omax2RVP omaxLCC2LCC2Dmax4)

32、2(42PRVRVP %5 .784DmaxomaxCmax PP 比甲類高比甲類高 若激勵不足若激勵不足 Vcm減小，引入電源電壓利用系數減小，引入電源電壓利用系數 (ksai)，表示，表示Vcm的減小程度的減小程度 定義定義 = Vcm/VCC 44222121DoomaxLCC2cmCCDomax2LCC22Lcm2oC PPPRVIVPPRVRVP兩管集電極管耗相等，且為兩管集電極管耗相等，且為omax2oDC2C1)212(2/ )(PPPPP 其值為其值為omaxomax2max2Cmax1C2 . 02PPPP 分析：分析：當輸入激勵由大減小，即當輸入激勵由大減小，即 減小時，減

33、小時，Po、PD、C 均單調減小，而均單調減小，而 PC1 和和 PC2 的變化非單調，的變化非單調，636. 02 時最大，時最大， 結論：結論：乙類工作時，乙類工作時，PC 的最大值既不出現在的最大值既不出現在0 時，也不出現在時，也不出現在1 時，時，PD 隨隨 ( (激勵激勵) )線性增大，線性增大，與與甲類甲類( (不變不變) )不同不同。 小時，小時，PD 小，小，Po 小，小，PC ??；??； 接近接近 1 時，時，PD 大，大，Po 也大，也大，PC 小。小。 PC 非單調變化非單調變化 (3) 管安全管安全由2LCC2o2 RVP 增大增大 VCC，減小，減小 RL，且輸入充分

34、激勵，輸出功率，且輸入充分激勵，輸出功率將增大，但最后受到下列將增大，但最后受到下列安全工作條件的限制安全工作條件的限制： CCCEmax2Vv (BR)CEOVLCCcmCmaxRVIi CMIPC1max PC2max 0.2Pomax PCM CMmaxo5PPCM(BR)CEOmaxo41IVP 或或 取其中的小值取其中的小值作業(yè)：作業(yè)：1-8，1-91.3 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路 以上介紹了原理電路，若要構成實際電路還必須以上介紹了原理電路，若要構成實際電路還必須解決一些有關問題。解決一些有關問題。1.3.1 乙類互補推挽功率放大電路乙類互補推挽功率放大電路 在構成

35、乙類互補推挽功率放大器實際電路時，必在構成乙類互補推挽功率放大器實際電路時，必須考慮偏置，功率配對和保護等問題。須考慮偏置，功率配對和保護等問題。 一、交越失真和偏置電路一、交越失真和偏置電路1. 交越失真交越失真 (1) 定義定義 上節(jié)分析乙類上節(jié)分析乙類推挽電路性能時，推挽電路性能時，忽略了晶體管發(fā)射忽略了晶體管發(fā)射結導通電壓的影響結導通電壓的影響。 實際上，在零偏置情況下，考慮到導通電壓的影實際上，在零偏置情況下，考慮到導通電壓的影響，輸出電壓波形在在銜接處出現嚴重失真，稱響，輸出電壓波形在在銜接處出現嚴重失真，稱交越交越失真失真。 接成接成乙類推挽電路乙類推挽電路時，兩管的時，兩管的合

36、成傳輸特性合成傳輸特性如圖如圖所示所示。 (2) 克服交越失真的基本途徑克服交越失真的基本途徑 在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工作在在輸入端為兩管加合適的正偏電壓，使其工作在甲乙類甲乙類。 由傳輸特性圖可見：由傳輸特性圖可見：只要只要 VBB 取值合適，上下兩路取值合適，上下兩路傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補償，傳輸特性起始段的彎曲部分就可相互補償，合成傳輸特合成傳輸特性趨近于直線性趨近于直線，在輸入正弦電壓激勵下，得到不失真的，在輸入正弦電壓激勵下，得到不失真的輸出電壓。輸出電壓。 (3) 常用電路常用電路 二極管偏置電路二極管偏置電路 vBE 倍增電路倍增電路 2. 二極管偏置電

37、路二極管偏置電路 由于二極管的正向交流結電阻很小，可認為由于二極管的正向交流結電阻很小，可認為交流短交流短路路，因此偏置電路不影響輸入信號，因此偏置電路不影響輸入信號 vi (t) 的傳輸。的傳輸。 在集成電路中偏置二極管會由三極管取代，在集成電路中偏置二極管會由三極管取代，見圖見圖 (b)、(c) 圖圖 (a) 中，中，D1，D2 由電流源由電流源 IR 激勵，產生正向電激勵，產生正向電壓，壓，即為所需的偏置電壓即為所需的偏置電壓 VBB。若。若 T1 和和 T2 的特性配對，的特性配對，且其基極偏置電流很小，可忽略，且其基極偏置電流很小，可忽略，則則 )/(n22SRTBBBBBEQ2BE

38、Q1IIVVVVV IS 為為二極管二極管 D1 和和 D2 的反向飽和電流的反向飽和電流，VT 為為溫度電溫度電壓當量。壓當量。 3. vBE 倍增電路倍增電路(1) 電路電路 直流：直流：由由 T3、R1、R2 組成，組成，且由電流源且由電流源 IR 激勵，為互補功率激勵，為互補功率管管 T1、T2 提供偏置電壓提供偏置電壓 VBB。 交流：交流：T3、R1 構成電壓并構成電壓并聯負反饋電路，反饋電路的電阻聯負反饋電路，反饋電路的電阻很小，幾乎不影響輸入信號的傳很小，幾乎不影響輸入信號的傳輸。輸。 (2) 倍增原理倍增原理 由圖可見由圖可見，若通過，若通過 R1 的電流的電流 I1 遠小于

39、遠小于 T3 管的集電管的集電極電流極電流 IC3，且，且 T1 和和 T2 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，則則 IC3 IR，且，且 T3 管基射極間電壓管基射極間電壓VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS) 當當 IR 為定值時，為定值時，VBE3 也就唯也就唯一確定了。若一確定了。若 T3 管的管的 足夠大，足夠大，基極電流基極電流 IB3 可忽略，則可忽略，則 VBE3 又又是是 VBB 通過通過 R1 在在 R2 上的分壓值，上的分壓值，即即)1(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV 此式表明：此式表明：偏置電路提供

40、的偏置電壓偏置電路提供的偏置電壓 VBB 是是 VBE3 的的倍增值，且其值受倍增值，且其值受 R1 和和 R2 控制，故稱為控制，故稱為 VBE 倍增電路倍增電路。(3) 熱補償熱補償 溫度升高時，溫度升高時，VBE3 ，VBB , ,阻止了功率管阻止了功率管 ICQ 的的增加。是具有熱補償作用的高熱穩(wěn)定性偏置電路。增加。是具有熱補償作用的高熱穩(wěn)定性偏置電路。二、單電源供電的互補推挽電路二、單電源供電的互補推挽電路(OTL) 1. 電路特點電路特點 (1) 單電源供電；單電源供電； (2) 負載串接大容量隔直負載串接大容量隔直電容電容 CL。VCC 與兩管串接，與兩管串接，若兩管特性配對，則

41、若兩管特性配對，則 VO = VCC/2，CL 實際上等效為電實際上等效為電壓等于壓等于 VCC/2 的直流電源。的直流電源。2. 工作原理工作原理 T1 管的直流供電電壓：管的直流供電電壓：VCC VOVCC/2，T2 的供電電壓：的供電電壓： 0 VO VCC/2。 單電源供電電路等效單電源供電電路等效為為 VCC/2 和和 VCC/2 的雙電源供電電路的雙電源供電電路。 三、準互補推挽電路三、準互補推挽電路 1. 問題的提出問題的提出 互補推挽電路互補推挽電路要求兩只功率管要求兩只功率管特性配對，難以實現。特性配對，難以實現。 2. 解決辦法解決辦法 采用復合管取代互補管，構成采用復合管取代互補管，構成準準互補推挽電路互補推挽電路。 3. 電路電路 復合管復合管 T1、T2 等效為等效為 NPN 型管型管， 復合管復合管 T3(PNP型型) 與與 T4 等效為等效為 PNP 型管型管 其中，其中，T1、T3 為為小功率管小功率管，它們之間是它們之間是互補的互補的，T2、T4 為為大大功率管功率管，它們是，它們是同型同型，便于特性，便于特性配對，故稱為配對，故稱為準互補推挽電路準互補推挽電路。 R1，R2(幾百幾百 )減小復合管減小復合管的反向飽和電流。的反向飽和電流。 四、保護電路四、保護電路1. 必要性必要性 正常情況下，功率管是正常情況下，功率管是