模電第七章功率放大器

第七章功率放大器在實(shí)際工作中常要求電子設(shè)備或放大電路的最后一級(jí)能向負(fù)載提供足夠大的輸出功率，通常將這最后一級(jí)放大電路稱為功率放大電路。§1功率放大電路的一般問題§2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路§1功率放大電路的一般問題一、對(duì)功率放大電路的要求1、根據(jù)負(fù)載的需求，提供足夠的輸出功率。2、具有較高的效率。

Pom：在正弦輸入信號(hào)下輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時(shí)放大電路的最大輸出電流與最大輸出電壓有效值的乘積。即在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大。即電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時(shí)功放管的集電極電流近似為0。3、非線性失真要小。功率放大電路要求有較高的輸出電壓和輸出電流，因此工作在大信號(hào)狀態(tài)，于是管子特性曲線的非線性問題就更加明顯。同一電路輸出功率越大，非線性失真也越嚴(yán)重。實(shí)際應(yīng)用中，要根據(jù)負(fù)載的需求盡可能減小非線性失真。例如測(cè)量系統(tǒng)中非線性失真就是嚴(yán)重的問題，而在電機(jī)控制等以輸出功率為主要目的時(shí)，對(duì)非線性失真的要求就會(huì)降低。4、三極管的散熱問題。集電極上的大電壓和大電流是管子工作近極限狀態(tài)，結(jié)溫和管殼溫度升高，散熱不好容易損壞功率管。二、功率放大電路中三極管的工作狀態(tài)三、功率放大電路的分析方法在功放中，晶體管集電極或發(fā)射極電流的最大值接近最大集電極電流ICM，管壓降的最大值接近c(diǎn)-e反向擊穿電壓U(BR)CEO，集電極消耗功率的最大值接近集電極最大耗散功率PCM，稱為工作在盡限狀態(tài)，其工作點(diǎn)不能超出輸出特性曲線上的安全區(qū)，選擇時(shí)要留有余地。電路工作在大信號(hào)條件下，不能再采用微變等效電路法，只能用圖解法進(jìn)行電路分析。為什么功率管的β值不大？三、功率放大電路的分類按功率放大電路中晶體管在一個(gè)正弦波周期內(nèi)的導(dǎo)通狀態(tài)分為：1、甲類（A類）放大器導(dǎo)通整個(gè)周期θ=360o在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)三極管都導(dǎo)通，任何時(shí)刻VCC始終不斷輸送功率。靜態(tài)時(shí)，這些功率全部消耗在管子上并以熱量的形式散出。在動(dòng)態(tài)時(shí)，VCC的功率一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，一部分消耗在管子上，所以效率低，最高50%，但沒有失真。因此甲類放大器多用于信號(hào)放大，很少用于功率放大。三、功率放大電路的分類2、乙類（B類）放大器導(dǎo)通角θ=180o在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)三極管只導(dǎo)通半個(gè)周期，另外半個(gè)周期由另一個(gè)管子導(dǎo)通完成工作。靜態(tài)功耗是效率低的主要原因，如果把Q點(diǎn)往下移動(dòng)使靜態(tài)電流ICQ接近為0，則靜態(tài)時(shí)消耗在管子上的功率也近似為0，可以提高效率，但要避免交越失真。三、功率放大電路的分類3、甲乙類（AB類）放大器導(dǎo)通角180o<θ<360o在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)三極管導(dǎo)通大半個(gè)周期，兼顧效率和失真。三、功率放大電路的分類4、丙類（C類）放大器導(dǎo)通角θ<180o通常與LC諧振回路共同構(gòu)成功率電路，LC回路對(duì)頻率的選擇特性會(huì)濾去諧波成分，丙類放大器比乙類放大器效率更高。三、功率放大電路的分類5、丁類（D類）放大器工作于開關(guān)狀態(tài)原用于高頻功率放大電路，若不考慮器件的導(dǎo)通電阻和開關(guān)狀態(tài)過渡時(shí)間，則D類放大器工作時(shí)不存在損耗，效率理想值可達(dá)100%。近年來由于大功率高速開關(guān)技術(shù)的成熟，D類放大技術(shù)也被應(yīng)用于高效率低頻功率的放大，并出現(xiàn)一些專用集成電路，如用于電動(dòng)機(jī)、音頻放大、激光管偏置等裝置的驅(qū)動(dòng)電路?！?互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路傳統(tǒng)的功率放大電路采用變壓器耦合方式，具有體積大、消耗有色金屬、漏磁、低頻和高頻特性不夠好、容易產(chǎn)生自激振蕩、不易集成等缺點(diǎn)。本節(jié)主要介紹直接耦合的互補(bǔ)對(duì)稱式OTL和OCL功率放大電路。一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路無輸出變壓器的功率放大電路（OTL電路）功率管接成電壓跟隨器，uO≈uI，為什么不考慮電容充放電的影響？一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1、電路組成及工作原理tuOO推挽：同類型的管子在電路中交替導(dǎo)通的方式。一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算00uCE1-uCE2iC2iC1靜態(tài)時(shí)，兩管的集電極電流為0或近似為0。Q加正弦輸入信號(hào)后，Q點(diǎn)將沿交流負(fù)載線移動(dòng)。ABVT1導(dǎo)通，Q點(diǎn)沿QA上移，VT1集電極電流最大值為ICm1，集電極電壓最大值為UCem1。在uI的正半周：VCCRLVCCRLICm1UCem1VCC,0）Q點(diǎn)坐標(biāo)（一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算Q00uCE1-uCE2iC2iC1ABVT2導(dǎo)通，Q點(diǎn)沿QB下移，VT2集電極電流最大值為ICm2，集電極電壓最大值為∣UCem2∣

。在uI的負(fù)半周：VCCRLVCCRLICm1UCem1ICm2UCem2UCES1UCES2靜態(tài)時(shí)，兩管的集電極電流為0或近似為0。加正弦輸入信號(hào)后，Q點(diǎn)將沿交流負(fù)載線移動(dòng)。VCC,0）Q點(diǎn)坐標(biāo)（一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算Q00uCE1-uCE2iC2iC1ABVCCRLVCCRLICm1UCem1ICm2UCem2UCES1UCES2VT1和VT2的特性曲線對(duì)稱。三極管集電極最大電壓：三極管集電極最大電流：由圖可知：一、哥乙類才互補(bǔ)嚼對(duì)稱列功率譯放大游電路2、分屆析計(jì)粘算（1）輸辭出功驅(qū)率（Po）：提供方給負(fù)初載的逆信號(hào)也功率崇。Po=IoUo有效值最大雀輸出扶功率馬（Pom）輸出雜電壓立最大葡幅值渡：一、恥乙類品互補(bǔ)卡對(duì)稱跟功率丘放大孟電路2、分當(dāng)析計(jì)才算（2）管檔耗（PT）一、傻乙類幅互補(bǔ)慚對(duì)稱降功率吳放大用電路2、分漢析計(jì)笑算即UOM≈0住.6VCC時(shí)，食具山有最壘大管源耗。求最茂大管期耗（2）管鄰耗（PT）（3）直涂流電道源供史給的恒功率瞞（PE）一、亡乙類錦互補(bǔ)嗚對(duì)稱牛功率爺放大旁電路2、分猜析計(jì)搖算（4）轉(zhuǎn)丟換效射率（η）一、撇乙類鄙互補(bǔ)臣對(duì)稱致功率癥放大季電路2、分肆析計(jì)像算負(fù)載鐵上得的到的解信號(hào)滴功率嚷與電定源所豬提供聾的功亭率之熊比。①最惱大集杠電極江電流ICM大信竭號(hào)條綱件下拜必須答要使韻三極衡管的甜工作膠點(diǎn)處狼于安末全區(qū)物。一、鍛乙類曠互補(bǔ)役對(duì)稱孤功率貿(mào)放大附電路3、功夾率管劍的選澤擇過損耗區(qū)iCuCEOPCM=iCuCE安全工作區(qū)工作U(BR)CEOICMc–e間最大管壓降

U(BR)CEO最大集電極電流ICM最大集電極耗散功率PCM一、衰乙類舒互補(bǔ)旅對(duì)稱鋒功率嚇放大蔥電路3、功波率管替的選占擇②c-運(yùn)e間最潤大管老壓降U(B債R)貢CE旦OQ00uCE1-uCE2iC2iC1ABVCCRLVCCRLICm1UCem1ICm2UCem2UCES1UCES2兩三去極管謎的集鍬電極紗電壓殺之和喘：當(dāng)VT榆2導(dǎo)通欄時(shí)VT小1截止鹿，VT顫1的集株電極富承受除反向撿電壓跳且當(dāng)娃∣uCE戒2∣的值居達(dá)到受最小振值∣UCE腎S2∣時(shí)，VT孩1集電鑰極的菊反向舌電壓鼠達(dá)到龜最大儀。一、趟乙類疾互補(bǔ)家對(duì)稱辮功率裝放大理電路3、功慶率管莫的選占擇③最大學(xué)集電預(yù)極耗搏散功薄率PCM即UOM≈0趣.6VCC時(shí)，潤具綿有最但大管戚耗。PUom0PVPOPT例題管子日在輸曾入正帆弦信責(zé)號(hào)ui的作尾用下雁，一射周期烈內(nèi)T1和T2輪流抓導(dǎo)通庫，導(dǎo)型電角櫻約18扯0°，電旦源電捎壓Vc腐c=墾25井V，負(fù)昂載電舌阻RL=4Ω。（1）當(dāng)技輸入煮信號(hào)移有效霉值Ui=1失2V時(shí)，議電路忌的輸插出功濾率PO、管依耗PT、直魔流電圾源供衫給的夠功率PE和效將率η。試求踩：（2）輸歡入信借號(hào)增魂加到坑使管壟子工跑作在米最大松輸出轉(zhuǎn)功率長（基屈本不紹失真惱）情柔況下討，電浴路的墻輸出凈功率PO、管認(rèn)耗PT、直喂流電林源供則給的諒功率PE和效杠率η。二、也甲乙惜類互移補(bǔ)對(duì)丑稱功京率放思大電鎮(zhèn)路交越失真交越趕失真濟(jì)產(chǎn)生正的原留因：ui＜死區(qū)盟電壓熊，晶痕體管社不導(dǎo)扎通二、冶甲乙完類互桶補(bǔ)對(duì)票稱功際率放朵大電睛路采用澤各種貼電路與以產(chǎn)旅生不辣大的界偏流猾，使味靜態(tài)粗工作債點(diǎn)稍則高于店截止何點(diǎn)，亦三極噸管微導(dǎo)址通，即半工作落于甲乙襲類狀態(tài)啊?？朔薪辉娇涫д鎽]的措抄施E1E2消除柳交越蘋失真衣，T1、T2微導(dǎo)根通。tuOO二、咐甲乙足類互側(cè)補(bǔ)對(duì)惠稱功鎖率放合大電焰路1、雙朱電源伯甲乙昌類互雁補(bǔ)對(duì)茄稱電團(tuán)路tuOO二、鄰甲乙稍類互悟補(bǔ)對(duì)畏稱功鋼率放浮大電日路2、單泰電源趟互補(bǔ)烘對(duì)稱不電路筆（OT塊L電路）分析計(jì)算：以代替原公式中的

VCC

即可。二、慶甲乙絲式類互塑補(bǔ)對(duì)黑稱功對(duì)率放偷大電隸路2、單另電源嬸互補(bǔ)壇對(duì)稱膛電路系（OT探L電路）（1）最要大輸?shù)匠龉懵剩寒?dāng)UOM=VCC/2時(shí)，（2）最喊大管屢耗：當(dāng)UOM=序0.面3VCC時(shí)，（3）直佛流電級(jí)源提嫩供的糖功率形：二、世甲乙受類互滅補(bǔ)對(duì)機(jī)稱功腦率放踢大電略路2、單軍電源茫互補(bǔ)窗對(duì)稱罩電路拼（OT蔽L電路）（4）轉(zhuǎn)缸換效譯率：（5）極掩限參前數(shù)：c–e間最大管壓降

U(BR)CEO最大集電極電流ICM最大集電極耗散功率PCMPUom0PVPOPT三奇、采用貨復(fù)合廢管的分互補(bǔ)積功率慌放大棵電路1、三荒極管配構(gòu)成魄復(fù)合義管的菌原則復(fù)合抽管可燒由兩婚個(gè)或見兩個(gè)橫以上潛同類衡型或焰不同談?lì)愋托鹊娜洏O管痕組成反。（1）保煤證前寄級(jí)三趁極管勇輸出逆電流終和后暫級(jí)三特極管汗輸出眼電流喝的實(shí)低際方摧向一巖致，受以形始成是略黨的世電流只通路符。（2）外簡(jiǎn)加電齒壓的五極性雖