功率电子线路剖析

1、功率电子线路剖析 第第 1 章章 功率电子线路功率电子线路 功率电子线路概述功率电子线路概述 1.2 功率放大器的电路组成和功率放大器的电路组成和 工作特性工作特性 1.3 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路 功率电子线路剖析 功率电子线路概述功率电子线路概述 作用：高效地实现能量变换和控制。作用：高效地实现能量变换和控制。 种类：种类： 根据应用领域和处理对象不同根据应用领域和处理对象不同 (1) 功率放大电路：功率放大电路： 放大器的一类。用于通信、音放大器的一类。用于通信、音 像等电子设备。像等电子设备。 (2) 电源变换电路：电源变换电路： 对电源能量进行特定变换。用对电源能量进

2、行特定变换。用 于电源设备、电子系统、工业控制。于电源设备、电子系统、工业控制。 功率电子线路剖析 1.1.1 功率放大器功率放大器 与其它放大器相比与其它放大器相比 相同点：相同点： 均在输入信号作用下，将直流电源的直流均在输入信号作用下，将直流电源的直流 功率转换为输出信号功率。功率转换为输出信号功率。 不同点：不同点： 性能要求和运用特性不同。性能要求和运用特性不同。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求 1. 安全。安全。 输出功率大，管子大信号极限条件下运用。输出功率大，管子大信号极限条件下运用。 2. 高效率。高效率。 功率电子线路剖析 用用c 集电极效率集电极效率 (

3、Collector Efficiency) 衡量转换效衡量转换效 率：率： Co o D o c PP P P P Po 输出信号功率输出信号功率 (Output Signal Power)； 式中：式中： PD 电源提供的功率；电源提供的功率； PC 管耗管耗 (Power Dissipation) Po 一定，一定，c 高高PD 小小PC 小小 可选可选 PCM 小的小的 管子，以降低费用。管子，以降低费用。 功率电子线路剖析 3. 失真小。失真小。 输出功率越大，相应的动态电压电流越输出功率越大，相应的动态电压电流越 大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用大，器件特性非线性引起

4、的非线性失真也越大。除采用 反馈技术外，还必须限制输出功率。反馈技术外，还必须限制输出功率。 作为放大器，功率增益是重要的性能指标，但与上作为放大器，功率增益是重要的性能指标，但与上 述三个要求相比，安全、高效和小失真是第一位的。功述三个要求相比，安全、高效和小失真是第一位的。功 率增益可用增加前置级的级数或提高相应的增益来弥补。率增益可用增加前置级的级数或提高相应的增益来弥补。 二、功率放大器的分类二、功率放大器的分类 1. 功率管的运用状态功率管的运用状态 根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同，根据功率管在一个信号周期内导通时间的不同， 功率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等功

5、率管运用状态可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类等 多种。多种。 功率电子线路剖析 功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。功率管运用状态通常靠选择静态工作点来实现。 甲类：功率管在一个周期内导通甲类：功率管在一个周期内导通 (如小信号放大如小信号放大)。 乙类：功率管仅在半个周期内导通。乙类：功率管仅在半个周期内导通。 甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。 丙类：功率管小于半个周期内导通。丙类：功率管小于半个周期内导通。 功率电子线路剖析 2. 不同运用状态下的不同运用状态下的C 管子的运用状态不同，相应的管子的运用状态不同，相应的Cmax

6、 也不同。也不同。 Co o c PP P 减小减小 PC 可提高可提高C。 假设集电极瞬时电流和电压分别为假设集电极瞬时电流和电压分别为 iC 和和 vCE，则，则 PC 为为 2 o CECC d 2 1 tviP 功率电子线路剖析 讨论：若减少讨论：若减少 PC，则要减少，则要减少 iC vCE 途径途径 1：由甲类：由甲类甲乙类甲乙类乙类乙类丙类，减小管子丙类，减小管子 在信号周期内的导通时间，即增大在信号周期内的导通时间，即增大 iC 0 的时间。的时间。 效率：效率：甲类甲类甲乙类甲乙类乙类乙类丙类丙类 功率电子线路剖析 途径途径 2：使管子运用在开关状态：使管子运用在开关状态 (

7、 (又称丁类又称丁类) )；管子管子 在半个周期内饱和导通，另半个周期内截止。饱和导通在半个周期内饱和导通，另半个周期内截止。饱和导通 时，时，vCE vCE (sat) 很小，因此导通的半个周期内，瞬时管很小，因此导通的半个周期内，瞬时管 耗耗 iC vCE 处在很小的值上。截止时，不论处在很小的值上。截止时，不论 vCE 为何值，为何值， iC 趋于趋于 0，iC vCE 也处在零值附近。结果也处在零值附近。结果 PC 很小，很小，C 显著增大。显著增大。 功率电子线路剖析 总结：为提高集电极效率，管子的运用状态从甲总结：为提高集电极效率，管子的运用状态从甲 类向乙类、丙类或开关工作的丁类

8、转变。但随着效率类向乙类、丙类或开关工作的丁类转变。但随着效率 的提高，集电极电流波形失真严重，为实现不失真放的提高，集电极电流波形失真严重，为实现不失真放 大，在电路中需采取特定措施。大，在电路中需采取特定措施。 1.1.2 电源变换电路电源变换电路 1.1.3 功率器件功率器件 功率管是功率放大电路的关键器件，如何选择功率功率管是功率放大电路的关键器件，如何选择功率 管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的 问题。为此，必须首先了解功率器件的极限参数及安全问题。为此，必须首先了解功率器件的极限参数及安全 工作区。工作区。 功率电子线路

9、剖析 双极型功率晶体管的安全工作受到三个极限参数双极型功率晶体管的安全工作受到三个极限参数 的限制：的限制： (1) 集电极最大允许管耗集电极最大允许管耗 PCM。还与散热条件密切。还与散热条件密切 相关相关 (2) 集电极击穿电压集电极击穿电压 V(BR)CEO (3) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 以上与功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。以上与功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。 一、功率管散热和相应的一、功率管散热和相应的 PCM 耗散在功率管中的功率耗散在功率管中的功率 PC 主要消耗在集电结上，主要消耗在集电结上， 造成集电结发热，结温升高。造成集电结发热，结温

10、升高。 功率电子线路剖析 CM的关系 的关系 th R a T jM T CM P 功率电子线路剖析 金属底座又金属底座又 与管壳相连的与管壳相连的 结构。此外，结构。此外， 金属底座还加金属底座还加 装金属散热器装金属散热器 ( (如图如图) ) (a) (b) 功率管底座上加装散热器功率管底座上加装散热器 (c) 相应的热等效电路相应的热等效电路 实践中，为了利于集电结的散实践中，为了利于集电结的散 热，以提高热，以提高 PCM，双极型功率管都，双极型功率管都 采用集电极直接固定在金属底座上，采用集电极直接固定在金属底座上， 功率电子线路剖析 散热器：翼状结构，以增大散热面积。面积越大，散

11、热器：翼状结构，以增大散热面积。面积越大， 厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。 二、二次击穿二、二次击穿 要保证功率管安全工作，除满足由要保证功率管安全工作，除满足由 PCM、ICM 和和 V(BR)CEO 所规定的安全工作条件外，还要求不发生二次所规定的安全工作条件外，还要求不发生二次 击穿。击穿。 二次击穿二次击穿 (Secondary Breakdown)：当集电极电压：当集电极电压 超过超过 V(BR)CEO，会引起击穿，只要外电路限制击穿后，会引起击穿，只要外电路限制击穿后 的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于的电流，管子就不会损

12、坏，待集电极电压小于 V(BR)CEO 后，管子恢复正常工作。如上述击穿后，电后，管子恢复正常工作。如上述击穿后，电 流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极 电流迅速增大的现象，即为二次击穿。电流迅速增大的现象，即为二次击穿。 功率电子线路剖析 二次击穿的后果：导致过热点的晶体熔化，要引起二次击穿的后果：导致过热点的晶体熔化，要引起 vCE下降，下降，iC 剧增，功率管尚未发烫就已损坏。是不可逆，剧增，功率管尚未发烫就已损坏。是不可逆， 破坏性的。破坏性的。 发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称发生条件：它在高压低电流时发生，相应的

13、功率称 为二次击穿耐量为二次击穿耐量 PSB。 功率放大电路使用双功率放大电路使用双 极型功率晶体管外，还极型功率晶体管外，还 使用功率使用功率 MOS 管，绝缘管，绝缘 栅双极型功率管。栅双极型功率管。 功率电子线路剖析 功率放大器的电路组成和工作特性功率放大器的电路组成和工作特性 在放大原理上，功率放大器与其它放大器一样，都在放大原理上，功率放大器与其它放大器一样，都 是能量转换器，但是，由于要求不同，因而在电路组成是能量转换器，但是，由于要求不同，因而在电路组成 和运用特性上，功率放大器却有不同的特点。和运用特性上，功率放大器却有不同的特点。 从一个例子讲起从一个例子讲起 图图 (a)

14、为放大器的基本电路，为放大器的基本电路， 现将其作为功率放大器来分析它现将其作为功率放大器来分析它 的功率性能。的功率性能。 功率电子线路剖析 功率放大器为大信号放大器，进行分析时，功率器功率放大器为大信号放大器，进行分析时，功率器 件必须采用一般模型件必须采用一般模型( (大信号模型大信号模型) )。工程上，采用较多。工程上，采用较多 的是特性曲线上作负载线的图解分析法。的是特性曲线上作负载线的图解分析法。 LCC RiVv CCE 功率电子线路剖析 1. 静态工作点的选择：为了使电路在管子不出现静态工作点的选择：为了使电路在管子不出现 饱和、截止失真的条件下，输出功率最大，即输出电饱和、截

15、止失真的条件下，输出功率最大，即输出电 压和电流均达到最大幅值，需要把工作点压和电流均达到最大幅值，需要把工作点 Q 选在负载选在负载 线的中点。即线的中点。即 L CC L CEQ CQ CC CEQ 2 , 2R V R V I V V 功率电子线路剖析 2. 集电级输出电压和电流集电级输出电压和电流 tVVvVv tIIiIi sin sin cmCEQceCEQCE cmCQcCQC 设设: VCE(sat) 和和 ICEO 为为0 CQ L CEQ L cm cm CC CEQcm 2 I R V R V I V VV , 功率电子线路剖析 cmcmCQCEQCCE 2 o C cm

16、cmCQCEQL 2 C 2 o L CQCCCC 2 o D 2 1 d 2 1 2 1 d 2 1 d 2 1 IVIVtivP IVIVtRiP IVtiVP C 3. 电源提供的直流功率电源提供的直流功率 PD、负载功率、负载功率 PL、集电极、集电极 耗散功率耗散功率 PC 功率电子线路剖析 PL 和和 PC 均由直流和交流两部分合成。例如：均由直流和交流两部分合成。例如： PL中直流功率中直流功率 422 1 D CQCEQ cmcmo PIV IVP ， 2 D CQCEQ P IV 交流功率交流功率 %25 D o max P P cmcmCQCEQCCE 2 o C cmcm

17、CQCEQL 2 C 2 o L CQCCCC 2 o D 2 1 d 2 1 2 1 d 2 1 d 2 1 IVIVtivP IVIVtRiP IVtiVP C 效率：效率： 功率电子线路剖析 4. 讨论：讨论： (1) 电路组成电路组成 甲类功放的甲类功放的Cmax 仅为仅为 25%，PD 中仅有中仅有 1/4 转换为转换为 有用的输出信号功率，其余均被浪费。其中，一部分有用的输出信号功率，其余均被浪费。其中，一部分 耗散在管子中，大部分耗散在管子中，大部分 ( PL 中直流功率中直流功率 PD/2 ) 消耗在消耗在 RL上。上。 提高提高Cmax 的办法：的办法： 合理选择管子的运用状

18、态合理选择管子的运用状态( (乙类或甲乙类乙类或甲乙类) )减小管减小管 子消耗功率。子消耗功率。 在管外电路中，采用不消耗直流功率的电路结构，在管外电路中，采用不消耗直流功率的电路结构， 消除消除 RL 上消耗的直流功率。上消耗的直流功率。 功率电子线路剖析 (2) 充分激励的概念充分激励的概念 否则，否则，RL 的减小的减小 不会增大输出电流，不会增大输出电流， 反而会因减小集电反而会因减小集电 极电压振幅而使极电压振幅而使 Po 减小，还会因减小，还会因 ICQ增增 大而使大而使 PD 增大，结增大，结 果使果使C 降低。降低。 当当 VCC 一定、一定、Q 在负载线中点时，在负载线中点

19、时，Vcm(VCC /2)被被 限定。要提高输出信号功率，就必须减小限定。要提高输出信号功率，就必须减小 RL，才能增，才能增 大大 Icm。但，在减小。但，在减小 RL 时，还必须同时增大激励电流。时，还必须同时增大激励电流。 充分激励时充分激励时RL变化对功率性能的影响变化对功率性能的影响 功率电子线路剖析 充分激励：与充分激励：与 RL 相匹配的输入激励相匹配的输入激励( (不出现饱和失不出现饱和失 真的最大激励真的最大激励) )。 匹配负载：相应的负载为匹配负载匹配负载：相应的负载为匹配负载( (能使能使 Q 处于交处于交 流负载线中点的负载流负载线中点的负载) )。 小结：小结： 在

20、工作特性上，输出负载，输入激励和静态在工作特性上，输出负载，输入激励和静态 工作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者工作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者 必须有一个最佳配置。必须有一个最佳配置。 功率电子线路剖析 1. 电路电路 (1) 输入端：输入端： RB偏置电阻偏置电阻 CB旁路电容旁路电容 Tr1耦合变压器耦合变压器 (2) 输出端：输出端： Tr2耦合变压器，耦合变压器， 对交流，对交流，Tr2起阻抗变换作起阻抗变换作 用，用， L 2 L RnR 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能甲类、乙类功放的电路组成及功率性能 一、甲类变压器耦合功放一、甲类变压器耦合功放 功率

21、电子线路剖析 (1) 静态分析静态分析 CCCE Vv 2. 电路分析电路分析 根据直流通路，写出直流负载方程：根据直流通路，写出直流负载方程： 直流负载线：直流负载线：EF 功率电子线路剖析 (2) 动态分析动态分析 交流时：交流时： Lcce Riv 又：又： cCQC ceCEQCE iIi vVv 则：交流负载方程可改写为则：交流负载方程可改写为 )( CQCLCEQCE IiRVv 功率电子线路剖析 上式表明，当上式表明，当 CCCEQCECQC VVvIi 时时， ， 它在两坐标轴上的截距：它在两坐标轴上的截距： CQLCEQCE C LCEQCQC CE 0 / 0 IRVv i

22、 RVIi v 时，时， 时，时， )( CQCLCEQCE IiRVv 相应画出交流负相应画出交流负 载线是一条通过载线是一条通过 Q 点的直线点的直线 MN，斜，斜 率为率为 1/ 。 L R 功率电子线路剖析 (3) 功率性能功率性能 当输入充分激励，当输入充分激励，Q 处在负载线中点时，忽略非线处在负载线中点时，忽略非线 性失真，且设性失真，且设 00 CEOCE(sat) IV， ，则相应的集电极电，则相应的集电极电 压和电流分别为：压和电流分别为： tVVv tIIi sin sin cmCEQCE cmCQC ， 其中其中 LCCLcmCQcm CCCEQcm /RVRVII V

23、VV ； 功率电子线路剖析 与放大器的基本电路相比，在匹配负载时，电压与放大器的基本电路相比，在匹配负载时，电压 信号幅值信号幅值 Vcm 由由 VCC/2，增加到，增加到 VCC，若呈现在集电，若呈现在集电 极上的负载相等，则输出信号功率增大四倍。极上的负载相等，则输出信号功率增大四倍。 根据上述关系求得根据上述关系求得 50%/ /2 /2 /2/2 /2 D o cmax D cmcmCQCCC DCQCE cmcmoL CQCCD PP P IVIVP PIV IVPP IVP Q 功率电子线路剖析 (4) 管安全管安全 由图可见，加在集电极上的最大电压由图可见，加在集电极上的最大电压

24、 CCCEmax Vv 通过集电极的最大电流通过集电极的最大电流。 CQcmCQCmax 2IIIi ， CCcm 2VV 当当Po = 0时，时，PD全部消耗在管子中，因而消耗在集全部消耗在管子中，因而消耗在集 电极上的最大功率电极上的最大功率 。 DCmax PP 所以保证管子安全工作的条件为：所以保证管子安全工作的条件为： 采用变压器耦合，采用变压器耦合，Cmax 将由将由 增大到增大到 ，即，即 PD 的一的一 半转换为半转换为 Po。 功率电子线路剖析 CMDCmax CMCQCMCQCmax (BR)CEOCC(BR)CEOCCCEmax 2/2 2/2 PPP IIIIi VVV

25、VV 即即 即即 又因为：又因为： 2/2/2/ DCQCCcmcmomax PIVIVP ，上述，上述 安全工作条件又可用安全工作条件又可用 Pomax 表示为表示为 8/ 2/ CM(BR)CEOmaxo CMmaxo IVP PP Pomax 取较小的值。取较小的值。 此外，还需检查动态点是否落在二次击穿限定的安此外，还需检查动态点是否落在二次击穿限定的安 全区内。全区内。 功率电子线路剖析 二、乙类推挽功率放大器二、乙类推挽功率放大器 乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波， 必须采用两管轮流导通的推挽必须采用两管轮流导通的推挽 (Push-

26、Pull) 电路。可有电路。可有 多种实现方案：多种实现方案： (1) 变压器耦合乙类推挽功放变压器耦合乙类推挽功放 (2) 互补推挽功放互补推挽功放 功率电子线路剖析 1. 变压器耦合功放变压器耦合功放 (1) 电路结构电路结构 Tr1输入变压器，利用次级绕组的中心抽头输入变压器，利用次级绕组的中心抽头 将将 vi (t) 分成两个幅值相等，极性相反的激励电压分成两个幅值相等，极性相反的激励电压 1ii2 vv ，分别加在两管的基射极之间，实现两，分别加在两管的基射极之间，实现两 管轮流导通。管轮流导通。 功率电子线路剖析 Tr2输出变压器，隔断输出变压器，隔断 iC1 和和 iC2 中的平

27、均分中的平均分 量，并利用初级绕组的中心抽头将量，并利用初级绕组的中心抽头将 iC1 和和 iC2 中的基波中的基波 分量在分量在 RL 中叠加，输出正弦波。中叠加，输出正弦波。 T1 和和 T2特性配对、相同导电类型的特性配对、相同导电类型的 NPN 功功 率管率管 功率电子线路剖析 (2) 工作原理工作原理 (忽略射结导通压降忽略射结导通压降) vi1(t) 0 时，时， vi2(t) 0，T1 管导通，管导通，T2 管截止，管截止， ic1 处于正半周的半个正弦波；处于正半周的半个正弦波； vi2(t) 0 时，时， vi1(t) 0，T2 管导通，管导通，T1 管截止，管截止， ic2

28、 处于负半周的半个正弦波。处于负半周的半个正弦波。iC1 和和 iC2 中的基波分量在中的基波分量在 RL 中叠加，输出正弦波。中叠加，输出正弦波。 功率电子线路剖析 2. 互补推挽电路互补推挽电路 (1) 电路特点电路特点 T1 与与 T2功率管互补配对功率管互补配对 (2) 工作原理工作原理( (忽略射结压降忽略射结压降) ) vi(t) 0 时，时，T1 管管 (NPN型型) 导通，导通， T2管管 (PNP型型) 截止，截止，iC1(iE1) 为正半周的半个正弦波；为正半周的半个正弦波； vi(t) 0 时，时，T2 管导通，管导通，T1 管截止，管截止，iC2(iE2)为处为处 于负

29、半周的半个正弦波。于负半周的半个正弦波。 通过通过 RL 的电流的电流 E21EL iii ，合成完整的正弦波。，合成完整的正弦波。 功率电子线路剖析 小结：上述功率放大器，为实现器件轮流导通：小结：上述功率放大器，为实现器件轮流导通： 乙类功放电路乙类功放电路 输入激励输入激励 信号信号 功率管管功率管管 型型 管外电路管外电路 变压器耦合乙类变压器耦合乙类 功率放大器功率放大器 极性相反极性相反 对管，管对管，管 型相同型相同 均避免了直均避免了直 流功率的损流功率的损 失失 互补推挽乙类功互补推挽乙类功 率放大器率放大器 极性相同极性相同 对管，管对管，管 型不同型不同 功率电子线路剖析

30、 (1) 性能分析性能分析( (忽略失真忽略失真) ) 一般性能分析一般性能分析 在在 0 t 时，时，tIii sin0 cmC1C2 t 2 时，时，iC1 0 iC2 Icmsint 相应的集射极间电压：相应的集射极间电压： VCE2 = VCC Vcmsint VCE1 = VCC Vcmsint 3. 乙类推挽功率放大器的性能分析乙类推挽功率放大器的性能分析 功率电子线路剖析 通过通过 RL 的电流：的电流：tIiiiii sin cmC2C12EE1L 相应产生的电压：相应产生的电压：tVv sin cmL RL 上的输出功率：上的输出功率：PL = Po = VcmIcm/2 =

31、 I2cmRL/2 正负电源总的直流功率：正负电源总的直流功率： PD = PD1 PD2 = 2VCCI平均 平均 = 2VCCIcm/ 功率电子线路剖析 令令VCE(sat) = 0，ICEO = 0，则，则Vcm = VCC，Icm = VCC/RL 若充分激励若充分激励 相应相应 Po 和和 PD 达到最大，即达到最大，即 L CC 2 omax 2R V P omax L CC 2 L CC 2 Dmax 4 ) 2 ( 4 2 P R V R V P %5 .78 4 Dmax omax Cmax P P 比甲类高比甲类高 功率电子线路剖析 若激励不足若激励不足 Vcm减小，引入电

32、源电压利用系数减小，引入电源电压利用系数 (ksai)，表示，表示 Vcm的减小程度的减小程度 定义定义 = Vcm/VCC 4 4 2 2 2 1 2 1 D o omax L CC 2 cmCC D omax 2 L CC 2 2 L cm 2 o C P P P R VIV P P R V R V P 功率电子线路剖析 两管集电极管耗相等，且为两管集电极管耗相等，且为 omax 2 oDC2C1 ) 2 1 2 (2/ )(PPPPP 其值为其值为 omaxomax 2 max2Cmax1C 2 . 0 2 PP PP 分析：当输入激励由大减小，即分析：当输入激励由大减小，即 减小时，减

33、小时，Po、 PD、C 均单调减小，而均单调减小，而 PC1 和和 PC2 的变化非单调，的变化非单调， 636. 0 2 时最大，时最大， 功率电子线路剖析 结论：乙类工作时，结论：乙类工作时，PC 的最大值既不出现在的最大值既不出现在0 时，也不出现在时，也不出现在 1 时，时，PD 随随 ( (激励激励) )线性增大，线性增大， 与甲类与甲类( (不变不变) )不同。不同。 小时，小时，PD 小，小，Po 小，小，PC 小；小； 接近接近 1 时，时，PD 大，大， Po 也大，也大，PC 小。小。 PC 非单调变化非单调变化 功率电子线路剖析 (3) 管安全管安全 由 2 L CC 2

34、 o 2 R V P 增大增大 VCC，减小，减小 RL，且输入充分激励，输出功率，且输入充分激励，输出功率 将增大，但最后受到下列安全工作条件的限制：将增大，但最后受到下列安全工作条件的限制： CCCEmax 2Vv (BR)CEO V L CC cmCmax R V Ii CM I PC1max PC2max Pomax PCM CMmaxo 5PP CM(BR)CEOmaxo 4 1 IVP 或或 取其中的小值取其中的小值 功率电子线路剖析 1.3 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路 以上介绍了原理电路，若要构成实际电路还必须以上介绍了原理电路，若要构成实际电路还必须 解决一些有关

35、问题。解决一些有关问题。 1.3.1 乙类互补推挽功率放大电路乙类互补推挽功率放大电路 在构成乙类互补推挽功率放大器实际电路时，必在构成乙类互补推挽功率放大器实际电路时，必 须考虑偏置，功率配对和保护等问题。须考虑偏置，功率配对和保护等问题。 功率电子线路剖析 一、交越失真和偏置电路一、交越失真和偏置电路 1. 交越失真交越失真 (1) 定义定义 上节分析乙类上节分析乙类 推挽电路性能时，推挽电路性能时， 忽略了晶体管发射忽略了晶体管发射 结导通电压的影响。结导通电压的影响。 实际上，在零偏置情况下，考虑到导通电压的影实际上，在零偏置情况下，考虑到导通电压的影 响，输出电压波形在在衔接处出现严

36、重失真，称交越响，输出电压波形在在衔接处出现严重失真，称交越 失真。失真。 接成乙类推挽电路时，两管的合成传输特性如图接成乙类推挽电路时，两管的合成传输特性如图 所示。所示。 功率电子线路剖析 (2) 克服交越失真的基本途径克服交越失真的基本途径 在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在 甲乙类。甲乙类。 由传输特性图可见：只要由传输特性图可见：只要 VBB 取值合适，上下两路取值合适，上下两路 传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特 性趋近于直线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的性趋近于直

37、线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的 输出电压。输出电压。 功率电子线路剖析 (3) 常用电路常用电路 二极管偏置电路二极管偏置电路 vBE 倍增电路倍增电路 2. 二极管偏置电路二极管偏置电路 由于二极管的正向交流结电阻很小，可认为交流短由于二极管的正向交流结电阻很小，可认为交流短 路，因此偏置电路不影响输入信号路，因此偏置电路不影响输入信号 vi (t) 的传输。的传输。 集成电路中偏置二极管会由三极管取代，见图集成电路中偏置二极管会由三极管取代，见图 (b)、(c) 功率电子线路剖析 图图 (a) 中，中，D1，D2 由电流源由电流源 IR 激励，产生正向电激励，产生正向电 压，即为所

38、需的偏置电压压，即为所需的偏置电压 VBB。若。若 T1 和和 T2 的特性配对，的特性配对， 且其基极偏置电流很小，可忽略，则且其基极偏置电流很小，可忽略，则 )/(n2 2 SRTBB BB BEQ2BEQ1 IIVV V VV IS 为二极管为二极管 D1 和和 D2 的反向饱和电的反向饱和电 流，流，VT 为温度电压当量。为温度电压当量。 功率电子线路剖析 3. vBE 倍增电路倍增电路 (1) 电路电路 直流：由直流：由 T3、R1、R2 组成，组成， 且由电流源且由电流源 IR 激励，为互补功率激励，为互补功率 管管 T1、T2 提供偏置电压提供偏置电压 VBB。 交流：交流：T3

39、、R1 构成电压并构成电压并 联负反馈电路，反馈电路的电阻联负反馈电路，反馈电路的电阻 很小，几乎不影响输入信号的传很小，几乎不影响输入信号的传 输。输。 功率电子线路剖析 (2) 倍增原理倍增原理 由图可见，若通过由图可见，若通过 R1 的电流的电流 I1 远小于远小于 T3 管的集管的集 电极电流电极电流 IC3，且，且 T1 和和 T2 管的静态基极电流又可忽管的静态基极电流又可忽 略，则略，则 IC3 IR， VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS) 功率电子线路剖析 当当 IR 为定值时，为定值时，VBE3 也就唯也就唯 一确定了。若一确定了。若 T

40、3 管的管的 足够大，足够大， 基极电流基极电流 IB3 可忽略，则可忽略，则 VBE3 又又 是是 VBB 通过通过 R1 在在 R2 上的分压值，上的分压值， 即即 )1( 2 1 BE3BB 21 2 BBBE3 R R VV RR R VV 此式表明：偏置电路提供的偏置电压此式表明：偏置电路提供的偏置电压 VBB 是是 VBE3 的的 倍增值，且其值受倍增值，且其值受 R1 和和 R2 控制，故称为控制，故称为 VBE 倍增电路。倍增电路。 功率电子线路剖析 (3) 该电路具有温度补偿功能该电路具有温度补偿功能 温度升高时，温度升高时，VBE3 ，VBB , ,阻止了功率管阻止了功率管

41、 ICQ 的的 增加。是具有热补偿作用的高热稳定性偏置电路。增加。是具有热补偿作用的高热稳定性偏置电路。 功率电子线路剖析 二、单电源供电的互补推挽电路二、单电源供电的互补推挽电路(OTL) 1. 电路特点电路特点 (1) 单电源供电；单电源供电； (2) 负载串接大容量隔直电负载串接大容量隔直电 容容 CL。VCC 与两管串接，若与两管串接，若 两管特性配对，则两管特性配对，则 VO = VCC/2，CL 实际上等效为电实际上等效为电 压等于压等于 VCC/2 的直流电源。的直流电源。 功率电子线路剖析 2. 工作原理工作原理 T1 管的直流供电电压：管的直流供电电压：VCC VOVCC/2， T2 的供电电压：的供电电压： 0 VO VCC/2。 单电源供电电路等效为单电源供电电路等效为 VCC/2 和和 VCC/2 的双电源供电电路。的双电源供电电路。 功率电子线路剖析 三、准互补推挽电路三、准互补推挽电路 1. 问题的提出问题的提出 互补推挽电路要求两只功率管互补推挽电路要求两只功率管 特性配对，难以实现。特性配对，难以实现。 2. 解决办法解决办法 采用复合管取代互补管，构成准采用复合管取代互补管，构成准 互补推挽电路。互补推挽电路。 3. 电路