模电第08章功率放大器(康华光).ppt

第八章功率放大器重点 1 了解功率放大器的类型 2 掌握功率放大器的计算方法 1 2 8 1功率放大电路的一般问题一 什么是功率放大器 以输出较大功率为目的的放大电路 因此 功放要求同时输出较大的电压和电流 管子工作在接近极限状态 一般直接驱动负载 带载能力要强 二 功放电路的特点1 输出功率Po尽可能大 2 电路的效率 Po PE 尽可能高 Po 负载上得到的交流信号功率PE 直流电源提供的功率3 不能出现波形失真 电路参数不能超过晶体管极限值 即 1 IC ICM 2 VCE VCEM 3 IC VCE PCM4 具有良好的散热措施和保护电路 1 3 三 功放电路的分析方法1 静态分析与前述方法相同 目的求静态值 静态功耗 2 动态分析由于功放中管子工作在大信号状态 故不能采用小信号法分析动态 只能画交流通路 采用图解法分析动态 目的求输出功率Po 效率 管耗PT等 四 放大器的工作状态1 甲类工作状态 晶体管在输入信号的整个周期都导通 导通角 360 波形好 但静态IC较大 管耗大效率低 1 4 2 乙类工作状态 3 甲乙类工作状态 晶体管只在输入信号的半个周期内导通 导通角 180 静态IC 0 管耗小效率高 但波形严重失真 晶体管导通的时间大于半个周期 导通角 180 静态IC 0 管耗较小效率较高 不失真 一般功放常采用 4 丙类工作状态 导通角小于180 1 5 8 2甲类功率放大器实例一 共射极放大器 1 静态分析目的 求Q点 静态管耗 电源提供功率 1 Q点计算方法与第4章相同 工作周期 交流通路 Q vce ic的动态范围 vo io的动态范围 交负线 1 6 2 BJT的静态功耗PT 静态时三极管消耗的平均功率PT静 ICQ VCEQ VCEQ VCC VCEQ RL当VCEQ VCC 2时PT静最大 3 静态时电源提供的平均功率PVC静 ICQ VCC vi 0 静态时 三极管放大电路依然在耗能 1 7 2 动态分析 vi 0时 目的 求Po PT 1 输出功率Po 要想获Po大 必须使Vom和Iom都要大 什么条件下Po最大不失真 这时最大输出功率 Po最大条件 1 当Q点处在交流负载线VCES ICEO的中点 2 管子工作在接近极限状态时 下一页 1 8 2 动态时电源提供的平均功率PVC ICQ VCC 4 甲类功率放大器的优缺点优点 信号不失真 缺点 静态功率大 输出功率小 效率低 m Pom PVC 0 25 若忽略VCES 3 电路的效率 定义 Po PVC电路的最高效率 当Q在中点时 上一页 PVC静 1 9 二 射极输出器 共集电极放大器 1 电路 2 功率放大原理 1 vI 0静态时IC iBiAsVCE VCC VBE这时输出电压 vo VBE 特点 电压增益近似为1 电流增益很大 可获得较大的功率增益 输出电阻小 带负载能力强 静态时电源提供的平均功率 PV PVC PVE PBiAs iBiAs VCC iBiAs VEE iBiAs VEE VBE iBiAs VCC 2iBiAs VEE 1 10 2 vI 0动态时当vI VImsin t时正半波时vI vBE1 vo vo VCC vCE1 负半波时vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真峰值出现在 T1临界截止或T1临界饱和时 Vom最大 VCC VCES T1临界饱和电压 T1趋近截止 iB1iC1 vCE1 T1趋近饱和 1 11 a 输出功率Po 最大输出功率 b 效率 Po PV电路的最高效率 m Pom PV 1 12 三 带镜象电流源的射极输出器1 电路 2 功率放大原理 1 vI 0静态时T2 T3 R组成镜象电流源 为T1提供工作电流 IREF VEE VBE R这时输出电压 vo VBE 特点 电压增益近似为1 电流增益很大 可获得较大的功率增益 输出电阻小 带负载能力强 静态时电源提供的平均功率 PV PVC PVE IREF VCC 2IREF VEE 1 13 2 vI 0动态时当vI VImsin t时正半波时vI vCE1 vo vo VCC vCE1 vo最大不失真正峰值出现在T1临界饱和时 负半波时vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真负峰值出现在 T1截止或T3饱和时 vom VCC VCES T1临界饱和电压 T1趋近截止 T3趋近饱和 1 14 若T1首先截止 则vom IREFRL 若T3首先出现饱和 则vom VEE VCES VCES T3临界饱和电压 1 输出功率Po 最大输出功率 或 2 效率 Po PV电路的最高效率 m Pom PV 1 15 8 3乙类双电源互补对称功率放大电路一 电路 1 由一对特性相同的NPN PNP三极管组成互补对称式射极输出器 2 采用正 负双电源供电 也称为互补对称功率放大电路 简称OCL电路 二 静态分析静态时vi 0 对称 VBE1 VEB2 0 IC1 IC2 0 VCE1 VEC2 VCC vo VE 0电源提供功率 PV 0 IB1 IB2 0 Q点在哪 交直流负载线怎么画 1 16 三 动态分析动态时vi 0设vi Vimsin t Av 1 vo vi vBE vivi vo波形图示 vi正半波 T1放大 T2截止iL ic1 VCC vCE1 RL 直负线 交负线 vi负半波 T2放大 T1截止iL ic2 VCC vEC2 RL ic1 vCE1的动态轨迹 交负线 交负线方程 vCE1 VCC ic1RL 1 17 可见 T1 T2两管交替工作 在负载上得到完整的正弦波 负载上可能获得的最大电压峰值为 VCC VCES1 输出功率Po 可能获得的最大输出功率 2 管耗PT BJT消耗的功率 一个管子的管耗 两管管耗 1 18 当Vom VCC时效率最高 3 电源供给的功率PV 4 效率 PV Po PT 当Vom VCC时电源供给功率最大 4 1 19 0 2Pom Vom 时PT1最大 令 dPT1 dVom 0 得出 当Vom 2VCC 0 64VCC时PT1最大 2 选功率管的原则 1 PCM PT1max 0 2Pom 2 V BR CEO 2VCC 3 ICM VCC RL 四 功率BJT的选择原则最大管耗和最大输出功率的关系一管管耗 1 20 五 乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真当vi 0时 vi有极小部分截止区 消除交越失真的措施 采用甲乙类互补对称功放 使Q点刚刚脱离截止区 1 21 8 4甲乙类互补对称功率放大电路一 甲乙类双电源互补对称电路1 电路 2 静态分析 vi 0时 T3处在放大状态 D1 D2处在导通状态 VBE1 VEB2 0T1 T2处在微导通状态 IB1 IB2 0 IC1 IC2 0 VCE1 VEC2 VCC电源提供静态功率 PV 2IC1VCC 2IC1VCE1 0 对称 两管射极电位 vo VE 0 3 动态工作情况D相当于恒压源 动态时相当于短路 对动态无影响 vI负半周T1放大 T2截止 vI正半周T2放大 T1截止 1 22 3 管耗PT BJT消耗的有功功率 一个管子的管耗 4 指标计算 与乙类相同 1 输出电压vo 当Vom 2VCC 时PT1最大 2 输出功率Po vo vc3 PT1m 0 2Pom 4 电源供给的功率PV PV Po 2PT1 5 效率 1 23 5 缺点 不易调整Q点 VBE 6 电路的改进 通过改变R1 R2可得到合适的VBE1 VEB2 当R1 R2不变时 VCE4是一个定值 这时R1 R2 T4可看作是一个直流电源 动态时相当于短路 对动态无影响 指标计算与乙类相同 VBE1 VEB2 VCE4 1 24 2 静态分析 vi 0时 静态时 对称VCE1 VEC2 VK VCC 2IB1 IB2 0 IC1 IC2 0这时电容C充电也达到稳态 VC VCC 2 RLC T信号 3 动态分析 vi 0时 vi负半周T1放大 T2截止 有电流通过负载RL 同时向C充电 二 甲乙类单电源互补对称电路 OTL电路1 电路 vi正半周T2放大 T1截止 这时已充电的电容C就可充当电源 1 25 但注意 在计算Po PT PV PTm时 以VCC 2代替乙类公式中的VCC 4 指标计算 与乙类相同 1 26 本章小结1 功率放大器的特点