丁類(D類)功率放大器

封面5.6丁類（D類）功率放大器返回引言本頁完引言

高頻功率放大器的主要問題是如何盡可能地提高它的輸出功率與效率。只要將效率稍許提高一點，就能在同樣的耗散功率的條件下，大大提高輸出功率，甲、乙、丙類放大器就是沿著不斷減小電流通角θc的途徑，來不斷提高放大器的效率。返回

但是，θc減小是有一定限度的。因為θc太小，效率雖然很高，但因Icm1下降太多，輸出功率反而下降。要想維持Icm1不變，就必須加大激勵電壓（即輸入電壓），這又可能因激勵電壓過大而引起管子的擊穿。引言本頁完引言返回

丁類、戊類等放大器就是采用固定通角θc為90°，但盡量降低管子的耗散功率的辦法，來提高功率放大器的效率。具體說，丁類放大器的晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)：導通時，管子進入飽和區(qū)，電壓接近于零，器件內(nèi)阻接近于零；截止時，電流為零，器件內(nèi)阻接近于無窮大。這樣集電極功耗大為減小，效率大大提高。理想情況下，丁類放大器的效率可達100%。學習要點本節(jié)學習要點和要求5.6丁類（D類）功率放大器1、掌握丁類電壓開關(guān)型功率放大器的工作原理2、學會計算丁類功率放大器有關(guān)參數(shù)返回

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

兩管與電源電壓VCC是串聯(lián)的。激勵源輸入的是矩形波激勵電壓，通過變壓器耦合令兩只管輪流飽和導通和截止。兩只晶體管相當于兩只開關(guān)。i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵源+-+-+-

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程VA的波形分析丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

兩管與電源電壓VCC是串聯(lián)的。激勵源輸入的是矩形波激勵電壓，通過變壓器耦合令兩只管輪流飽和導通和截止。兩只晶體管相當于兩只開關(guān)。i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵源-+-+-+

因為丁類功率放大器的通角θc=90°，2θc

=180°。即剛好半個周期，所以VA的波形如右下圖所示。

OωtVAπ/23π/2-3π/2-π/2VCC

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

等效電路分析丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

OωtVAπ/23π/2-3π/2-π/2VCCCLRsRsVCCvo-+-+RLR電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵源

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

對VA進行傅立葉分析丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

OωtVAπ/23π/2-3π/2-π/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo’-+-+RLRRL’

利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為Vom1=—VCC2πIomVom1CLRsRsVCCvo-+-+RLR

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

求VA產(chǎn)生的基波電流丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

OωtVAπ/23π/2-3π/2-π/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo’-+-+RLRRL’

利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為IomVom1=—VCC2πIom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’

諧振時，回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom1

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

推出輸出功率vo’的振幅和表達式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完OωtVAπ/23π/2-3π/2-π/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo’-+-+RLRRL’

利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為IomVom1=—VCC2π

vo’的振幅Vom’為Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)vo’=————RL’cosωt2VCCπ(Rs+RL’)所以Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’

諧振時，回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom1

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

分析半波正弦電流的成因丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’

諧振時回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)OωtiCCπ/23π/2-3π/2-π/2IomICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

推出輸出功率vo’的振幅和表達式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)OωtiCCπ/23π/2-3π/2-π/2Iom

電源提供的平均電流ICC為

諧振時回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為ICC

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

電源提供的平均電流ICC表達式繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)OωtiCCπ/23π/2-3π/2-π/2Iom

電源提供的平均電流ICC為ICC=————π2(Rs+RL’)2VCC

諧振時回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為丁類（D類）功率放大器ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

電源提供功率p=表達式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)OωtiCCπ/23π/2-3π/2-π/2IomICC=————π2(Rs+RL’)2VCC

電源提供的功率P=為P==VCCICC=————π2(Rs+RL’)2V2CCICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

輸出功率po’的表達式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)OωtiCCπ/23π/2-3π/2-π/2IomP==VCCICC=————π2(Rs+RL’)2V2CC

諧振時輸出的Po’為Po’=——=————V’2om2V2CCRL’2RL’π2(Rs+RL’)2

集電極效率ηc為ηc=——Po’P=RL’Rs+RL’=———ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

集電極效率ηc的表達式

集電極耗散功率PC表達式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)

設(shè)集電極耗散功率為Pcηc=———P=-PcP=RL’Rs+RL’=———P==VCCICC=————π2(Rs+RL’)2V2CC

諧振時輸出的Po’為Po’=——=————V’2om2V2CCRL’2RL’π2(Rs+RL’)

集電極效率ηc為ηc=——Po’P=RL’Rs+RL’=———Pc=P=·———RsRs+RL’所以iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2

一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過程

增加ηc和減小PC的討論丁類（D類）功率放大器Iom=———=————VCC2πVom1Rs+RL’Rs+RL’Vom’=IomRL’=————RL’2VCCπ(Rs+RL’)P==VCCICC=————π2(Rs+RL’)2V2CCPo’=——=————V’2om2V2CCRL’2RL’π2(Rs+RL’)ηc=——Po’P=RL’Rs+RL’=———Pc=P=·———RsRs+RL’繼續(xù)本頁完

由集電極效率和集電極耗散功率表達式可以看出，晶體管飽和內(nèi)阻RS越?。达柡蛪航翟叫。?，則ηc越高，Pc越小。當RS→0時，ηc

→100%，Pc→0。iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵源T1T2二、電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計算

設(shè)計題目

二、電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計算丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁完

設(shè)計一個丁類電壓開關(guān)型放大器(如右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50Ω的負載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無載Q0=100。CLRsVCCvo-+-+RLRRL’IomVom1i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵源

設(shè)計本功率放大器，要計算出串聯(lián)諧振回路的L和C，電源電壓VCC，直流輸入功率P=、交流輸出功率Po、集電極耗散功率PC、集電極效率ηc和電路總效率η以及輸入激勵功率Pd。

求L和C

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設(shè)計一個丁類電壓開關(guān)型放大器(如下圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50Ω的負載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無載Q0=100。

解：首先計算L和C的值。

空載Q0=ωL/R注意：R是L的電阻

有載QL=ωL/(R+RL)

上兩式中消去R可求得LL=—————Q0QLRLω(Q0-QL)=—————————H100×14×502π×100×103(100-14)=1.29mH

由諧振頻率公式可求出CC=——1ω2L(2π×100×103)2×1.29×10-3=——————————1=1963pFL=1.29mHC=1963pFCLVCCvo-+-+RLRRL’IomVom1

求R

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設(shè)計一個丁類電壓開關(guān)型放大器(如下圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50Ω的負載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無載Q0=100。

解：首先計算L和C的值。

空載Q0=ωL/R

有載QL=ωL/(R+RL)

上兩式中消去R可求得LL=—————Q0QLRLω(Q0-QL)=—————————100×14×502π×100×103(100-14)=1.29mHL=1.29mHC=1963pF

利用L值求線圈的電阻R

R=ωL/Q0

R=——————————2π×100×103×1.29×10-3100

R=8.1Ω

R=8.1ΩCLVCCvo-+-+RLRRL’IomVom1

求VCC

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設(shè)計一個丁類電壓開關(guān)型放大器(如下圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50Ω的負載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無載Q0=100。

接著求電源電壓VCC。

輸出電壓振幅Vom輸出電流的振幅IomVCC=31.1VL=1.29mHC=1963pFVomIom=——=——A=340mARL1750Iom=———

2VCCπ(R+RL)

R=8.1Ω根據(jù)得VCC=—————

2Iomπ(R+RL)VCC=—————————

2340×10-3×π(8.1+50)2VCC=32VCLVCCvo-+-+RLRRL’IomVom1

在求電源電壓VCC過程中忽略了三極管導通時的電阻Rs，實際應(yīng)用時，VCC應(yīng)適當提高，此處取VCC=32V

。

Vom=12√￣V≈17V2

求功率關(guān)系R=RoRQ

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設(shè)計一個丁類電壓開關(guān)型放大器(如下圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50Ω的負載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無載Q0=100。

最后求功率關(guān)系

電源供給的平均電流ICCL=1.29mHC=1963pFP==VCCICC

R=8.1Ω電源供給的功率P=LC回路R損耗的功率PQCLVCCvo-+-+RLRRL’IomVom1VCC=32VICC=————π2(R+RL)2VCCICC=————A≈108mAπ2(8.1+50)2×32=32×0.108W=3.46WP==3.46W交流輸出功率Po(RL上的)172Po=——=——W=

2.89W2RLV2om2×50Po=2.89WPQ=(1/2)I2omRPQ=(1/2)(0.34)28.1=0.47WPQ=0.47W

求集電極效率ηc和電路效率η

繼