模擬電子電路課件第7章

1、主要內(nèi)容 功率放大器的特點(diǎn)及類型 A類輸出級(jí) B類輸出級(jí) AB類輸出級(jí) 功率放大器輸出級(jí)的設(shè)計(jì) 集成功率放大器7.1 功率放大器的特點(diǎn)及類型要點(diǎn)： 功率放大器的特點(diǎn) 功放輸出級(jí)的分類功率放大器的特點(diǎn)定義能量轉(zhuǎn)換與電壓電流放大器的區(qū)別功率放大器的特點(diǎn)定義：功率放大器是指能輸出大功率信號(hào)的放大電路。Po voio功率放大器的特點(diǎn)功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器在輸入信號(hào)的作用下，將直流電源的功率轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)的功率。=+忽略管耗Pc輸出信號(hào)功率Po信號(hào)源提供的功率Ps2直流電源 提供的功率Ps1輸出功率輸入功率功率放大器的特點(diǎn)與電壓電流放大器的區(qū)別電壓電流放大器的特點(diǎn)：小信號(hào)放大器，以獲得電壓電流增益為

2、目的，考慮增益、輸入阻抗、輸出阻抗、通頻帶等參數(shù)。功率放大器的特點(diǎn)：大信號(hào)放大器，以獲得功率增益為目的，考慮輸出功率、效率、非線性失真和安全保護(hù)等問題。 Po 100% PoP v i100%oo oP PPSoD功放輸出級(jí)的分類 輸出級(jí)分類的依據(jù)根據(jù)晶體管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間不同，分為A類、B類、AB類和C類幾種。iCICt02A類輸出級(jí)(導(dǎo)通角360度）B類輸出級(jí)(導(dǎo)通角180度）Ic功放輸出級(jí)的分類iCiCIttC0022AB類輸出級(jí)(導(dǎo)通角大于180度遠(yuǎn)小于360度）C類輸出級(jí)（導(dǎo)通角小于180度）Ic7.2 A類輸出級(jí) 電路結(jié)構(gòu)和傳輸特性 輸出功率及轉(zhuǎn)換效率Q1：A類輸出級(jí)的優(yōu)

3、缺點(diǎn)分析？Q2：其它組態(tài)放大器可否作為功率放大器使用？電路結(jié)構(gòu)和傳輸特性VCC電路結(jié)構(gòu)vI晶體管VT2、VT3以及電阻R組成恒流源，為放大管VT1提供靜態(tài)電流I。VT1iE1ioRIREFI射極跟隨器VT1具有高電流增益、低輸出阻抗的特點(diǎn)。vROLVTVT23 VCC電路結(jié)構(gòu)和傳輸特性VCC 傳輸特性射極跟隨器的傳輸特性表述為：vo vI vBE1線性區(qū)域的最大值由VT1的飽和狀態(tài)確定：vIVT1iE1io VCC VvRIatREFo maxI線性區(qū)域的最小值由VT1截止或VT2飽和確定：vORLVTVT23 IRL vvo minvo minVCCat ) VCC后者值更小電路結(jié)構(gòu)和傳輸特

4、性vo v v VvvCE1CECCoVCC2VCCtV0VCCCCt0 vCE1 iC1vo i I IiC1oRL2Iv而 o (I , I ) RLIt0假設(shè)偏置電流I允許的最大反向負(fù)載電流等于Vcc/RL輸出功率及轉(zhuǎn)換效率VCC22 VV112 OM2 OM負(fù)載上的平均功率： PvLRRIVTLL1電源提供的總平均功率：Ps 2VCCIiE1ioRIREFI2VP12v 100% RL OM L/ 2VIOVTVTCCPR23SL VCC IRL當(dāng) VOM時(shí)，可獲得最大效率。 VCC 25%實(shí)際效率只能達(dá)到 10%20%。7.3 B類輸出級(jí) 電路結(jié)構(gòu)和工作原理 傳輸特性 輸出功率及轉(zhuǎn)換

5、效率 采用復(fù)合管的B類輸出級(jí)Q1：B類輸出級(jí)的優(yōu)缺點(diǎn)分析？ Q2：克服交越失真的措施是什么？電路結(jié)構(gòu)和工作原理 電路結(jié)構(gòu)雙電源互補(bǔ)推挽工作方式最大功率轉(zhuǎn)換效率為 78.5%電路結(jié)構(gòu)和工作原理假設(shè)晶體管的門坎壓降均為0.5V。工作原理當(dāng)vI 0V 時(shí), vo 0V ;當(dāng)vI 0.5V ,VT1導(dǎo)通、VT2截止。vo vI 0.5 vI當(dāng)vI -0.5V ,VT2導(dǎo)通、VT1截止。vo vI 0.5 vI當(dāng)-0.5VvI 0.5V ,VT1、VT1均截止。vo 0V傳輸特性 交越失真輸出功率及轉(zhuǎn)換效率 負(fù)載的平均功率：2VIVVV12P v i OM2 OM2 OM2OM OMLO OR2RLL2

6、2VV1212OMCCPLmaxRRLL兩個(gè)直流電源提供的總平均功率：2 VOMP P PVRS S SCCL輸出功率及轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率：2PV2 V V12 L OM OM V OM /RCCPR4 VSLLCC最大功率轉(zhuǎn)換效率： VOM 78.5%max4 VCCVOM VCC管耗22 V1 VP PS PL OM V OMRDCC2RLL輸出功率及轉(zhuǎn)換效率上式兩邊對(duì) VOM 求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)等于0。dpD 2 VCC VOM 0 RLdVOMRL 2 V：VOMCC2V 2最大管耗：PCC 2 RD maxL每管的管耗為總管耗的一半：V 2 P 0.2PCCP RDN maxDP maxL

7、 max2L采用復(fù)合管的B類輸出級(jí)具有較高的電流增益復(fù)合管的類型由前一個(gè)晶體管的類型決定復(fù)合管的輸出電流、飽和壓降等特性由后一個(gè)晶體管決定采用復(fù)合管的B類輸出級(jí)復(fù)合管的電流放大倍數(shù)： ic1 ic2 1ib1 2ib2ib1ib1 1ib1 2 (1 1)ib1ib1 1 2 12 12 1復(fù)合管的基極輸入電阻 r: (1 1)ib1r 2 ib1r 1 ib2 r 2 ib1r 1 v r (1 )r rr 11 2 1iiibb1b17.4 AB類輸出級(jí) 電路結(jié)構(gòu)和工作原理 常見的幾種AB類輸出級(jí)偏置方式Q：AB類輸出級(jí)的特點(diǎn)分析？電路結(jié)構(gòu)和工作原理 晶體管的基極之間接有偏置電壓，提供偏置

8、電流。這樣，在輸入信 號(hào) vI 很小時(shí)兩個(gè)晶體管依然導(dǎo)通，交越失真幾乎可以完全消除掉。常見的幾種AB類輸出級(jí)偏置方式 用一對(duì)二極管VD1和 VD2代替直流電源實(shí)現(xiàn)輸出級(jí)的偏置功能。IBIAS 為二極管提供靜態(tài)電流，VT1和VT2的靜態(tài)電流I nIBIASn為晶體管發(fā)射結(jié)結(jié)面積與偏置二極管的結(jié)面積之比。采用二極管對(duì)功放進(jìn)行偏置，可以提高偏置電流的熱穩(wěn)定性。常見的幾種AB類輸出級(jí)偏置方式利用電壓倍增器進(jìn)行偏置。偏置電路由 IBIAS、VT3、R1和R2組成。流過R1和R2的電流 VBE 3IRR2VBB IR(R1 R2) VBE 3(1 R2 )R17.5功率放大器輸出級(jí)的設(shè)計(jì)輸出級(jí)工作方式的選

9、擇BJT功率管和MOS功率管的比較功率管的選擇輸出級(jí)工作方式的選擇A類輸出級(jí)不存在交越失真，該工作方式具有最佳的線性，每個(gè)晶體管均能放大全波信號(hào)；轉(zhuǎn)換效率太低，管耗較大（需采用大型散熱器。）（一部25W的A類功放供電器的能力至少可以夠100WAB類功放使用。）；重量體積太大，售價(jià)貴。B類輸出級(jí)效率高、存在交越失真（當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，失真較為嚴(yán)重，故很少使用。）管耗較低（允許使用較小的散熱器。）AB類輸出級(jí)小信號(hào)輸入時(shí)，具有A類輸出級(jí)優(yōu)良的線性特性；大信號(hào)輸入時(shí)，轉(zhuǎn)為B類工作模式，并具有較高的轉(zhuǎn)換效率。C類輸出級(jí)失真非常高的功放，但輸出效率特高，但需要濾波網(wǎng)絡(luò)方可取出基波波形，應(yīng)用于射頻電路，不能用

10、于低頻功率放大。BJT功率管和MOS功率管的比較特 性VDMOS功率管BJT功率管電流能力小大功率處理能力小大擊穿電壓1000V以下可到3000V開關(guān)速度快慢二次擊穿無有溫度特性負(fù)溫度特性，好，可多個(gè)器件串并聯(lián)正溫度特性，不好，多個(gè)器件不好串并聯(lián)驅(qū)動(dòng)方式電壓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡單電流驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜和IC的兼容性好差工藝要求高低制造成本高低功率管的選擇PCM1晶體管的最大管耗V 2CC P 0.2PPPL maxD1MD 2ML max2RL，滿足： PCM 0.2PL max實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了保證功率管2最大管壓降 V( BR )CEO2VCC實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了保證晶體管不反向擊穿，滿足：V( BR )CEO3集電極允許的最大電流 ICM VCC2PL max滿足： I和 ICMCMRRLL功率管的選擇 例7.2 B類輸出級(jí)的功放電路，假 10, 功率管BJT的極限參 12V , RL設(shè)，VCC 2 A 。ICM數(shù) PCM 3W , V( BR )CEO 30V和求：（1）忽略交越失真和晶體管的飽和壓降，求pL max最大輸出功率。（2）驗(yàn)證功率管是否能夠。pL 。（3）求功放電路在 0.5 時(shí)的輸出功率功率管的選擇V 21222 10（1）（2） 7.2WCCPLmax2RL 0.2PLmax 0.2 7.2WPD1M 1.44W PCM 3W 2VCC 24V | V(BR