第五章功率放大電路

第五章功率放大電路信息工程學院電子技術基礎課程組5.功率放大電路引言功率放大電路的一般問題乙類雙電源互補對稱功率放大器甲乙類互補對稱功率放大器集成功率放大器功率器件作業(yè)射極輸出器——甲類放大的實例共射極甲類放大電路其它類型互補對稱功率放大電路8/5/2021TAKEAREST2/6/2023引言8/5/2021功率放大電路的一般問題功率放大器的特點（P134）對功率放大電路的一般要求功率放大器的分類小信號、低功率輸出的放大電路中，三極管都工作在線性區(qū)，要求向負載輸出不失真的電壓信號，分析方法可以采用小信號模型法，關心的指標包括增益A、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro等，輸出信號的失真是可以忽略不計的；功率輸出電路則不同，要求輸出一定不失真功率，電流、電壓值都很大，小信號模型不再適用，多采用圖解分析方法；關心的指標則是輸出功率Po、管耗PT、直流電源供給功率PV、效率η等；用于驅(qū)動揚聲器一類的低阻負載。8/5/2021對功放的一般要求提高效率的同時降低三極管本身的管耗減小輸出信號的非線性失真現(xiàn)象能驅(qū)動如揚聲器般的低阻負載能有效地將結(jié)溫控制在最大允許的范圍之內(nèi)，即散熱問題輸出功率盡可能地大采取保護措施使功率放大器工作在安全工作區(qū)Angleoffloworconductionangle8/5/2021功放的分類根據(jù)晶體管在正弦信號一個周期內(nèi)的導通時間（導通角θ，直接關系到輸出功率的效率）,分為甲類、乙類、甲乙類、丙類4種：ClassA:=360ClassB:=180ClassAB:180<<360ClassC:

<1808/5/2021射極輸出器——甲類放大的實例1共集電極電路(射極輸出器)電壓增益近似為1、電流增益為（1+β），所以有明顯的功率放大作用輸出電阻小，帶負載能力強，常用做多級放大電路的輸出級。8/5/2021射極輸出器——甲類放大的實例2靜態(tài)分析（直流通路）Q動態(tài)分析（圖解法）vi在正半周↑→鏡像電流源保證穩(wěn)定的偏置電流直到飽和，繼而出現(xiàn)飽和失真；此時最大不失真輸出為：vi在負半周↓→直至T1截止或T3飽和（通常不考慮T3率先飽和）8/5/2021射極輸出器——甲類放大的實例3功率和效率的計算例8.2.1設電路如圖所示。VCC=VEE=15V，IBIAS=1.85A，RL=8Ω。vI=VBIAS+vi，在偏置電壓源VBIAS=0.6V作用下，當vi=0時，輸出電壓vO≈0。若vi為正弦信號電壓，試計算最大輸出功率Pom、T1的管耗PT1、電流源的損耗和效率η最大不失真輸出求最大輸出功率Pom求管耗和電源損耗、求放大電路的效率顯然，靜態(tài)管耗是轉(zhuǎn)換效率不高的原因。降低靜態(tài)管耗，可以從設法降低Q點入手→甲乙類和乙類工作方式的功率放大器。8/5/2021求管耗、電流源損耗、效率輸出功率最大時理想情況下，電阻負載的甲類功放最高效率也只能達到25%；變壓器類負載的效率不超過50%8/5/2021乙類雙電源互補對稱功率放大器電路組成工作原理分析計算功率BJT的選擇一對互補的PNP和NPN型三極管構(gòu)成推拉式輸出級正、負直流電源供電靜態(tài)或功率管不導通的半個周期內(nèi)，晶體管沒有電流通過，管耗為零；雖減少了靜態(tài)功耗，所以效率與甲類功放相比較高（理論值可達78.5%），但出現(xiàn)了嚴重的波形失真，是以犧牲線性為代價的。8/5/2021乙類功放電路組成8/5/2021乙類功放工作原理1)vi=0時，為靜態(tài)vitovoto2)vi正半周時，T1導通，T2截止3)vi負半周時，T2導通，T1截止功率管在信號的正半周或負半周內(nèi)導通，導通角為180°。8/5/2021乙類功放分析計算負載上的輸出平均功率：最大不失真平均功率Pom：（2）轉(zhuǎn)換效率的計算（1）輸出功率的計算（3）功率管的功率損耗PT的計算（4）PT1、PV、PO的相關曲線最大輸出功率與阻抗匹配8/5/2021最大輸出功率與阻抗匹配8/5/2021轉(zhuǎn)換效率η的計算若忽略放大管的飽和管壓降，乙類雙電源互補對稱功放的最大效率可達8/5/2021功率管功率損耗PT的計算功率放大電路的功率損耗實際上是BJT三極管的功率損耗，即晶體管集電結(jié)上的功耗。一個信號周期內(nèi)的平均管耗為：求最大值：選擇功率管的依據(jù)之一8/5/2021平均管耗8/5/2021相關曲線對常規(guī)坐標做線性變換，以為橫坐標軸x，為縱坐標軸y

直觀地表達各項性能指標的特征規(guī)律：管耗最大的時候是在中間的某個位置8/5/2021相關曲線與特征規(guī)律8/5/2021功率BJT的選擇每只BJT的最大允許管耗PCM必須大于0.2Pom;例8.3.1電路如圖所示,設VCC=12V,RL=8Ω,功率BJT的極限參數(shù)為ICM=2A,｜V（BR）CEO｜=30V，PCM=5W。試求：（1）最大輸出功率Pom，并檢驗所給出的BJT是否能安全工作？（2）放大電路在η=0.6時的輸出功率Po8/5/2021例8.3.1解：⑴求Pom，并檢驗BJT的安全工作情況=（12V）2/2×8Ω=9W通過BJT的最大集電極電流：最大管耗：BJTc、e極間的最大壓降：iCmax=VCC/RL=12V/8Ω=1.5AvCEm=2VCC=24VPT1m≈0.2Pom=0.2×9W=1.8W求得的iCm、vCEm和PT1m

，均應分別小于極限參數(shù)ICM

、∣V（BR）CEO

∣和PCM，BJT方能安全工作。⑵求η=0.6時的Po

值:Vom=9.2V8/5/2021甲乙類互補對稱功率放大器甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路乙類功放的優(yōu)勢與缺陷？死區(qū)導致交越失真（DEADBAND→CROSSOVERDISTORTION）采用近乙類的甲乙類工作方式可以有效地消除交越失真8/5/2021交越失真8/5/2021甲乙類雙電源互補對稱功放(OCL)1偏置電路：甲乙類工作方式可以消除交越失真假設VBB/2=VBE1=VBE2，則vi=0時，兩個功率管均導通，同時vo=0利用二極管提供偏置的甲乙類雙電源輸出級：利用vBE擴大電路進行偏置的雙電源互補對稱電路：8/5/2021甲乙類雙電源互補對稱功放2利用二極管提供偏置的甲乙類雙電源輸出級：由二極管建立起來的靜態(tài)偏置(Quiescentbias

)使T1、T2在靜態(tài)時處于微導通狀態(tài)，基本上可以消除交越失真，實現(xiàn)線性放大，但是大小比較難控制根據(jù)瞬時極性(instantaneouspolarity

)，vI<0時，T1管導通；vI>0時，T2管導通；其特性參數(shù)的計算同乙類放大，效率略低于乙類放大。T3管前置放大級，T1、T2構(gòu)成互補對稱的推拉式輸出級8/5/2021甲乙類雙電源互補對稱功放3利用vBE擴大電路進行偏置的雙電源互補對稱電路：只要從工藝上保證VBE4恒定，就可以通過調(diào)整R1、R2的大小來獲得T1、T2所需要的偏置電壓T4、R1、R2共同為T1、T2提供合適的偏置條件，在可以忽略IB4的情況下8/5/2021甲乙類單電源互補對稱功放(OTL)基本電路：信號負半周時，T2導通，C充電信號正半周時，T1導通，C放電采用單電源的互補對稱電路：通過調(diào)整R1、R2的值來確保電容C上的電壓為：可視為負電源8/5/2021其它類型功率放大電路1采用復合管(達林頓)的OCL電路：采用一對同型號的大功率管和一對異型號的互補的小功率管各自構(gòu)成復合管來取代互補對稱管，所以又稱為準互補對稱（Quasicomplementarycircuit）功率放大器。8/5/2021其它類型功率放大電路2橋式推挽功率放大電路(BTL電路)：在輸入信號vi正半周時，T1、T3導通，T2，T4截止，負載電流由VCC經(jīng)T1，RL，T3流到虛地端；在輸入信號vi負半周時，T2、T4導通，T1，T3截止，負載電流由VCC經(jīng)T2，RL，T4流到虛地端。實質(zhì)仍然為乙類推挽放大電路相同條件下，輸出功率為OTL電路的4倍，電源利用率高；效率在理想情況下，仍近似為78.5%。8/5/2021集成功率放大器在集成運放的基礎上發(fā)展而來；在安全性、轉(zhuǎn)換效率、輸出功率和保真度方面有特殊的要求。電路內(nèi)部通常引入的是深度負反饋有過熱、過電流、過電壓等保護電路功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問題常用BJT集成功率放大器舉例：LM380

8/5/2021LM380（封裝與符號）8/5/2021LM380（內(nèi)部原理圖）8/5/2021LM380（典型應用1）8/5/2021LM380（典型應用2）8/5/2021作業(yè)8.3.48.4.4、8.4.58/5/2021素材1iC1iC2QiB=常數(shù)AB00vCE

VCES

VCES

Icm2IcmVcem2VcemiC1QiB=常數(shù)AB0v