武汉理工大学模电课件第5章功率放大电路优质PPT.ppt

1、2022/11/5对功放的一般要求对功放的一般要求提高效率的同时降低三极管本身的管耗提高效率的同时降低三极管本身的管耗减小输出信号的非线性失真现象减小输出信号的非线性失真现象能驱动如扬声器般的低阻负载能驱动如扬声器般的低阻负载能有效地将结温控制在最大允许的范围之内，即散热问题能有效地将结温控制在最大允许的范围之内，即散热问题输出功率尽可能地大输出功率尽可能地大采取保护措施使功率放大器工作在安全工作区采取保护措施使功率放大器工作在安全工作区Angle of flow or conduction angle 2022/11/5功放的分类功放的分类根据晶体管在正弦信号一个周期内的导通时间（导通角根据

2、晶体管在正弦信号一个周期内的导通时间（导通角，直接，直接关系到输出功率的效率）关系到输出功率的效率）,分为甲类、乙类、甲乙类、丙类分为甲类、乙类、甲乙类、丙类4种：种：Class A:=360 Class B:=180 Class AB:180 360 Class C:180 2022/11/5射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例1共集电极电路共集电极电路（射极输出器射极输出器）电压增益近似为电压增益近似为1、电流增益为（、电流增益为（1+），），所以有明显的功率放大作用所以有明显的功率放大作用输出电阻小，带负载能力强，常用做输出电阻小，带负载能力强，常用做多级放大电路的输出级。多

3、级放大电路的输出级。2022/11/5射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例21.静态分析（直流通路）静态分析（直流通路）Q2.动态分析（图解法）动态分析（图解法）vi在正半周在正半周镜像电流源保证稳定的偏置电流镜像电流源保证稳定的偏置电流直到饱和，继而出现饱和失真；此时最大不失真输出为：直到饱和，继而出现饱和失真；vi在负半周在负半周直至直至T1截止或截止或T3饱和（通常不考虑饱和（通常不考虑T3率先饱和）率先饱和）2022/11/5射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例33.功率和效率的计算功率和效率的计算例例8.2.1 设电路如图所示。设电路如图所示。VCC=VEE=

4、15V，IBIAS=1.85A，RL=8。vI=VBIAS+vi，在偏置电压源，在偏置电压源VBIAS=0.6V作用下，作用下，当当vi=0时，输出电压时，输出电压vO0。若。若vi为正弦信号电压，试计为正弦信号电压，试计算最大输出功率算最大输出功率Pom、T1的管耗的管耗PT1、电流源的损耗和、电流源的损耗和效率效率最大不失真输出最大不失真输出求最大输出功率求最大输出功率Pom求管耗和电源损耗、求放大电路的效率求管耗和电源损耗、求放大电路的效率显然，静态管耗是转换效率不高的原因。降低静态管耗，可以显然，静态管耗是转换效率不高的原因。降低静态管耗，可以从设法降低从设法降低Q点入手点入手甲乙类和

5、乙类工作方式的功率放大器。甲乙类和乙类工作方式的功率放大器。2022/11/5求管耗求管耗、电流源损耗电流源损耗、效率、效率输出功率最大时输出功率最大时理想情况下，电阻负载的甲类功放最高效率也只能达到理想情况下，电阻负载的甲类功放最高效率也只能达到25%；变压器类负载的效率不超过变压器类负载的效率不超过50%2022/11/5乙类双电源互补对称功率放大器乙类双电源互补对称功率放大器1.电路组成电路组成2.工作工作原理原理3.分析计算分析计算4.功率功率BJT的选择的选择一对互补的一对互补的PNP和和NPN型三极管型三极管构成推拉式输出级构成推拉式输出级正、负直流电源供电正、负直流电源供电静态或

6、功率管不导通的半个周期内，晶体管没有电流通静态或功率管不导通的半个周期内，晶体管没有电流通过，管耗为零；虽减少了静态功耗，所以效率与甲类功过，管耗为零；虽减少了静态功耗，所以效率与甲类功放相比较高（理论值可达放相比较高（理论值可达78.5%），但出现了严重的波形），但出现了严重的波形失真，是以牺牲线性为代价的。失真，是以牺牲线性为代价的。2022/11/5乙类功放电路组成乙类功放电路组成 2022/11/5乙类功放工作原理乙类功放工作原理1）vi=0 时，为静态时，为静态vitovoto2）vi正半周时，正半周时，T1导通，导通，T2截止截止3）vi负半周时，负半周时，T2导通，导通，T1截止

7、截止功率管在信号的正半周或负半周内导通，导通角为功率管在信号的正半周或负半周内导通，导通角为180。2022/11/5乙类功放分析计算乙类功放分析计算负载上的输出平均功率：负载上的输出平均功率：最大不失真平均功率最大不失真平均功率Pom：（2）转换效率转换效率 的的计算计算（1）输出功率的计算）输出功率的计算（3）功率管的功率损耗功率管的功率损耗PT的计算的计算（4）PT1、PV、PO的相关曲线的相关曲线最大输出功率与阻抗匹配最大输出功率与阻抗匹配 2022/11/5最大输出功率与阻抗匹配最大输出功率与阻抗匹配 2022/11/5转换效率转换效率的计算的计算若忽略放大管的饱和管压降，乙类双若忽

8、略放大管的饱和管压降，乙类双电源互补对称功放的最大效率可达电源互补对称功放的最大效率可达 2022/11/5功率管功率损耗功率管功率损耗PT的计算的计算功率放大电路的功率损耗实际上是功率放大电路的功率损耗实际上是BJT三极管的功率损耗，三极管的功率损耗，即晶体管集电结上的功耗即晶体管集电结上的功耗。一个信号周期内的平均管耗为一个信号周期内的平均管耗为：求最大值：选择功率管的依据之一选择功率管的依据之一 2022/11/5平均管耗平均管耗 2022/11/5相关曲线相关曲线对常常规坐坐标做做线性性变换，以，以为横坐横坐标轴x，为纵坐坐标轴y 直观地表达各项性能指标的特征规律直观地表达各项性能指标

9、的特征规律：4.管耗最大的时候是在中间的某个位置管耗最大的时候是在中间的某个位置 2022/11/5相关曲线与特征规律相关曲线与特征规律 2022/11/5功率功率BJT的选择的选择1.每只每只BJT的最大允许管耗的最大允许管耗PCM必须大于必须大于0.2 Pom;例例8.3.1 电路如图所示电路如图所示,设设VCC=12V,RL=8,功率功率BJT的极限的极限参数为参数为ICM=2A,V（BR）CEO=30V，PCM=5W。试。试求：（求：（1）最大输出功率）最大输出功率Pom，并检验所给出的，并检验所给出的BJT是否能安全工作？（是否能安全工作？（2）放大电路在）放大电路在=0.6时的输出

10、时的输出功率功率Po 2022/11/5例例8.3.1解：解：求求Pom，并检验，并检验BJT的安全工作情况的安全工作情况=（12V）2/2 8=9W通过通过BJT的最大集电极电流：的最大集电极电流：最大管耗：BJTc、e极间的最大压降：极间的最大压降：iCmax=VCC/RL=12V/8=1.5AvCEm=2VCC =24VPT1m 0.2Pom =0.2 9W =1.8W求得的求得的iCm、vCEm 和和 PT1m，均应分别小于极限参数，均应分别小于极限参数ICM、V（BR）CEO 和和 PCM，BJT方能安全工作。方能安全工作。求求=0.6时的时的 Po 值值:Vom=9.2V 2022

11、/11/5甲乙类互补对称功率放大器甲乙类互补对称功率放大器1.甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路2.甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路乙类功放的优势与乙类功放的优势与缺陷缺陷？死区导致死区导致交越失真交越失真（DEAD BAND CROSSOVER DISTORTION）采用近乙类的甲乙类工作采用近乙类的甲乙类工作方式可以有效地消除交越方式可以有效地消除交越失真失真 2022/11/5交越失真交越失真 2022/11/5甲乙类双电源互补对称功放甲乙类双电源互补对称功放（OCL）11.偏置电路：偏置电路：甲乙类工作方式可以消除甲乙类工作方式可以消除交越失真交越失真假设

12、假设VBB/2=VBE1=VBE2，则，则vi=0时，两个功率管均导通，时，两个功率管均导通，同时同时vo=02.利用二极管提供偏置的甲乙类双电源输出级：利用二极管提供偏置的甲乙类双电源输出级：3.利用利用vBE扩大电路进行偏置的双电源互补对称电路：扩大电路进行偏置的双电源互补对称电路：2022/11/5甲乙类双电源互补对称功放甲乙类双电源互补对称功放22.利用二极管提供偏置的甲乙类双电源输出级：由二极管建立起来的静态偏置由二极管建立起来的静态偏置（Quiescent bias）使使T1、T2在静在静态时处于态时处于微导通状态微导通状态，基本上，基本上可以消除交越失真，实现线性可以消除交越失真

13、，实现线性放大，但是大小比较难控制放大，但是大小比较难控制根据瞬时极性根据瞬时极性（instantaneous polarity），vI0时，时，T2管导通；管导通；其特性参数的计算同乙类放大，效率略低于乙类放大。T3管前置放大级，管前置放大级，T1、T2构成构成互补对称的推拉式输出级互补对称的推拉式输出级 2022/11/5甲乙类双电源互补对称功放甲乙类双电源互补对称功放33.利用利用vBE扩大电路进行偏置的双电源互补对称电路：只要从工艺上保证只要从工艺上保证VBE4恒定，就恒定，就可以通过调整可以通过调整R1、R2的大小来获的大小来获得得T1、T2所需要的偏置电压所需要的偏置电压T4、R1、R2共同为共同为T1、T2提供提供合适的偏置条件，在可以忽略合适的偏置条件，在可以忽略IB4的情况下的情况下 2022/11/5甲乙类单电源互补对称功放甲乙类单电源互补对称功放（OTL）1.基本电路：基本电路：信号负半周时，信号负半周时，T2导通，导通，C充电充电信号正半周时，信号正半周时，T1导通，导通，C放电放电2.采用单电源的互补对称电路：采用单电源的互补对称电路：通过调整通过调整R1、R2的值来确保的值来确保电容电容