模電第七章-功率放大器課件

§1功率放大電路的一般問(wèn)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(guò)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。§1功率放大電路的一般問(wèn)題一、對(duì)功率放大電路的要求1、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(wèn)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(wèn)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(wèn)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。3、非線性失真要小。功率放大電路要求有較高的二、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？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(méi)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按功率放大電路中晶體管三、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2、乙類（B類）放大器導(dǎo)通角θ=180三、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3、甲乙類（AB類）放大器導(dǎo)通角18三、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4、丙類（C類）放大器導(dǎo)通角θ<18三、功率放大電路的分類5、丁類（D類）放大器工作于開(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)過(guò)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(lái)由于大功率高速開(kāi)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。三、功率放大電路的分類5、丁類（D類）放大器工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)§2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?！?互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路傳統(tǒng)的功率放大一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路無(wú)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)稱功率放大電路無(wú)輸出變壓器的功率放大電路（OT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1、電路組成及工作原理tuOO推一、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)。AB

VT1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00uCE1-uCE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-uC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、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算Q00uCE1-uC一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算（1）輸出功率（Po）

：提供給負(fù)載的信號(hào)功率。Po=IoUo有效值最大輸出功率（Pom）輸出電壓最大幅值：一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算（1）輸出功率（Po一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算（2）管耗（PT）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算（2）管耗（PT）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算即UOM≈0.6VCC時(shí)，具有最大管耗。求最大管耗（2）管耗（PT）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算即UOM≈0.6（3）直流電源供給的功率（PE）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算（3）直流電源供給的功率（PE）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電（4）轉(zhuǎn)換效率（η）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源所提供的功率之比。（4）轉(zhuǎn)換效率（η）一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、分析計(jì)算①最大集電極電流

ICM大信號(hào)條件下必須要使三極管的工作點(diǎn)處于安全區(qū)。一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3、功率管的選擇過(guò)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PCM①最大集電極電流ICM大信號(hào)條件下必須要使三極管的工作點(diǎn)一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3、功率管的選擇②c-e間最大管壓降

U(BR)CEOQ00uCE1-uCE2iC2iC1ABVCCRLVCCRLICm1UCem1ICm2UCem2UCES1UCES2兩三極管的集電極電壓之和：當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)VT1截止，VT1的集電極承受反向電壓且當(dāng)∣uCE2∣的值達(dá)到最小值∣UCES2∣時(shí)，VT1集電極的反向電壓達(dá)到最大。一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3、功率管的選擇②c-e間最大管一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3、功率管的選擇③最大集電極耗散功率

PCM即UOM≈0.6VCC時(shí)，具有最大管耗。PUom0PVPOPT一、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路3、功率管的選擇③最大集電極耗散例題管子在輸入正弦信號(hào)ui的作用下，一周期內(nèi)T1和T2輪流導(dǎo)通，導(dǎo)電角約180°，電源電壓Vcc=25V，負(fù)載電阻RL=4Ω。（1）當(dāng)輸入信號(hào)有效值Ui=12V時(shí)，電路的輸出功率PO、管耗PT、直流電源供給的功率PE和效率η。試求：（2）輸入信號(hào)增加到使管子工作在最大輸出功率（基本不失真）情況下，電路的輸出功率PO、管耗PT、直流電源供給的功率PE和效率η。例題管子在輸入正弦信號(hào)ui的作用下，一周期內(nèi)T1二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：

ui

＜死區(qū)電壓，晶體管不導(dǎo)通二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路采用各種電路以產(chǎn)生不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，三極管微導(dǎo)通，即工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧〦1E2消除交越失真，T1、T2微導(dǎo)通。tuOO二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路采用各種電路以產(chǎn)生不大的二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1、雙電源甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路tuOO二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1、雙電源甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路t二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路）分析計(jì)算：以代替原公式中的

VCC

即可。二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路）（1）最大輸出功率：當(dāng)UOM=VCC/2時(shí)，（2）最大管耗：當(dāng)UOM=0.3VCC時(shí)，（3）直流電源提供的功率：二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路）（4）轉(zhuǎn)換效率：（5）極限參數(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二、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路2、單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL三、采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路1、三極管構(gòu)成復(fù)合管的原則復(fù)合管可由兩個(gè)或兩個(gè)以上同類型或不同類型的三極管組成。（1）保證前級(jí)三極管輸出