模电第七章功率放大电路

1、第第7章章 功率放大电路功率放大电路7.2 7.2 甲类功率放大器甲类功率放大器7.3 7.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路7.4 7.4 丙类和丁类功率放大器丙类和丁类功率放大器7.1 7.1 功率放大电路的特点和分类功率放大电路的特点和分类7.5 7.5 集成功率放大器集成功率放大器7.1 功率放大电路的特点和分类功率放大电路的特点和分类v 特点和要求：特点和要求：（1 1）要有尽可能大的输出功率。）要有尽可能大的输出功率。（2 2）效率要高。）效率要高。（3 3）非线性失真要小。）非线性失真要小。（4 4）由于功率管工作在接近于极限运用的状态，因此，在选择功）由于功率管工作在

2、接近于极限运用的状态，因此，在选择功率管时必须考虑使它的工作状态不超过其极限参数率管时必须考虑使它的工作状态不超过其极限参数 、 和和 。（5 5）由于功率管的管秏较大，因此，在设计功放电路时，散热问）由于功率管的管秏较大，因此，在设计功放电路时，散热问题及过载保护问题不能忽视。题及过载保护问题不能忽视。CEOBRU)(CMICMP 功率放大失真或效率等电路研究（深度实验） 功率放大失真或效率等电路研究功率放大失真或效率等电路研究（深度实验）（深度实验） 总谐波失真 (Total Harmonic Distortion)THD 标称额定功率时的失真度 10% 1% 0.1%晶体管图示仪晶体管图

3、示仪 失真度仪失真度仪 只提供实验目的、实验要求等，要自选实验室的仪器仪表，自己独立选择实验电路、测试电路、改进电路，完成实验数据的记录和实验总结。 深度实验选题：v提高电压放大倍数的稳定性v增大共模抑制比v提高功率放大器效率v提高稳流系数v提高稳压系数v运算放大器的自动增益控制v 等小课题 （学期内完成）（学期内完成）v 常见的分类方式有以下几种。常见的分类方式有以下几种。（1 1）按处理信号的频率分类）按处理信号的频率分类 低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。 高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆

4、赫兹。（2 2）接功放电路中晶体管的导通时间分类）接功放电路中晶体管的导通时间分类 A类功率放大电路类功率放大电路(Class A Amplificating) B类功率放大电路类功率放大电路(Class B Amplificating)： AB类功率放大电路类功率放大电路(Class AB Amplificating) C类功率放大电路类功率放大电路(Class C Amplificating) D类功率放大电路类功率放大电路(Class D Amplificating) E类功率放大电路类功率放大电路 (Class E Amplificating) 图图7-1 7-1 功率放大电路的工作状

5、态功率放大电路的工作状态 a）A类类 （甲类（甲类 ） b）B类类 （乙类（乙类 ） c）AB类（甲乙类类（甲乙类 ） d）C类类 （丙类（丙类 ）7.2 甲类功率放大器（甲类功率放大器（A类）类）（1 1）最大交流输出功率）最大交流输出功率 集电极电压达到最大幅值集电极电压达到最大幅值 CCVUcemax 集电极电流的最大幅值为集电极电流的最大幅值为CQIIcmax 三极管的最大交流输出功率为三极管的最大交流输出功率为（正弦波）（正弦波） CQCCcmcemIVIUP2122omax 图图7-2（2 2）电源功率）电源功率 由图中的交流负载线可以知道，交流电流的最大幅值由图中的交流负载线可以

6、知道，交流电流的最大幅值CQIIcm 所以集电极瞬时电流为所以集电极瞬时电流为 tIItiCQcsin)( CQ 直流电源的输出功率为直流电源的输出功率为CQCCCQCCCCCIVdttIIVTdttiVTP)sin(1)(1 CQ V 在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为%5021maxCQCCCQCCVoIVIVPPA类功率放大器（甲类）类功率放大器（甲类）当输入信号为零时，输出功率当输入信号为零时，输出功率 ，此时三极管功，此时三极管功耗耗 ，即没有输人信号时，直流电源的所有功率都，即没有输人信号时，直流电源的所有功率都转换为晶体管的功耗晶

7、体管的功耗达到最大；当输入信号转换为晶体管的功耗晶体管的功耗达到最大；当输入信号增大时，增大时， 逐渐变大逐渐变大， 变小，晶体管的功耗反而变小。变小，晶体管的功耗反而变小。（3 3）集电极损耗功率）集电极损耗功率 三极管的损耗功率近似为三极管的损耗功率近似为oTPPPV 0oPV PPToPTP7.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路7.3.1 OCL7.3.1 OCL功率放大电路功率放大电路1. B1. B类功率放大电路类功率放大电路（乙类）（乙类）图7-3 B类双电源功率放大电路a）输入信号 b）基本电路 c）输出信号(理想情况)理想化特性理想化特性1. B1. B类功率放大电路

8、类功率放大电路（乙类）（乙类）消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压 2L2oo O RUIUIUPomomom222CESCCUVUomax LCESCCoRUVP2)(2max如果晶体管的饱和压降为如果晶体管的饱和压降为 ，则则CESU如果忽略三极管的饱和压降和穿透电流，负载获得最大输出电压时，如果忽略三极管的饱和压降和穿透电流，负载获得最大输出电压时，其输出电压峰值近似等于电源电压其输出电压峰值近似等于电源电压V VCCCC，故负载得到的最大输出功率，故负载得到的最大输出功率为为1

9、1）输出功率）输出功率 2L2maxoRVPCC2 2）直流电源提供的功率）直流电源提供的功率 20)(21tdiVPVCCE0sin1tIiomE)2)()0(ttLomCComCCCCERUVIVtdiVP 201V1)(21LCESCCCCLomCComCCERUVVRUVIVP222因此，两个电源提供的功率为因此，两个电源提供的功率为LCCERVP2max2 0CESU如果如果 ，两个直流电源也提供最大功率，两个直流电源也提供最大功率3 3）效率）效率 CCCESCCEoVUVPP4max0CESU如果如果 %5 .7844 4）管耗）管耗 LomLCComOEVRURVUPPP222

10、当当 时，时，CComVU2maxmax222max4 . 042ooLCCVPPRVP单管的最大管耗为单管的最大管耗为 max22max212 . 021oLCCVVVPRVPPP5 5）功率管的选择）功率管的选择 功率管集电极的最大允许功耗功率管集电极的最大允许功耗 maxmax2 . 021oVCMPPP 功率管的最大耐压功率管的最大耐压CCCROBRVU2)(功率管的最大集电极电流功率管的最大集电极电流 LCCCMRVI2. AB2. AB类互补对称功率放大电路类互补对称功率放大电路 0V0V0.5V由于晶体管有死区电压由于晶体管有死区电压 图图7-4 交越失真波形交越失真波形 直流偏

11、压直流偏压 图图7-5 7-5 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路图7-6甲乙类互补对称功率放大电路 3BE3R3R2RUII)1 ( )( )(32BE3323BE332R2CE3BB21RRURRRURRIUU例例7-1 7-1 电路如图电路如图7-57-5所示的所示的B B类类OCLOCL功率放大电路的功率放大电路的 , , , , , ,设输入信号为正弦波，求：设输入信号为正弦波，求：（）最大不失真功率（）最大不失真功率（）计算功率管的参数（）计算功率管的参数maxoP、效率、效率21VVPP 、和管秏和管秏V15CCV 4LRV3CESU解：解： （）最大输出功率（

12、）最大输出功率 WRUVPLCESCCo1842)315(2)(22max%8 .62154)315(4CCCESCCVUVWRURVUPPPLomLCComOEV67.1042)315(415)315(22222 WPPPVVV33. 52121W92 . 021maxmaxoVCMPPPVVUCCCROBR302)(A75. 3415LCCCMRVI（）（） 3. 3. 用复合管组成的互补对称电路用复合管组成的互补对称电路 （1 1）复合管）复合管 图7-7 复合管a) NPN与NPN复合成NPN b) PNP与PNP复合成PNP c) NPN与PNP复合成NPN 1 2 复合管构成方式很

13、多。不论哪种等效方式，等效复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：后晶体管的性能确定均如下：d) PNP与NPN复合成PNP2121121)1 (bccbciiiiibe21be1be21be1be)1 (RRRRiuRbbed) PNP与NPN复合成PNP（2 2）采用复合管的互补功率放大电路）采用复合管的互补功率放大电路 图7- 复合管互补对称功率放大电路 图7- 准互补对称功率放大电路2CCEBIVUUu静态时，2)2(CESCComUVU7.3.2 OTL功率放大电路功率放大电路L2CCL2CESCCmaxo8 2)2(RVRUVP图7-10 单电源互补对称

14、功率放大电路a) 基本电路 b）甲乙类单电源互补对称功率放大电路实用单电源互补对称电路 C C2 2、R R3 3组成组成“自举电路自举电路” 图7-11 实用单电源互补对称电路7.3.3 BTL功率放大电路功率放大电路 LCESCCoRUVP2)2(2max22CESCComUVUCCCESCCVUV24图1-3 二声道功率放大电路的实样和电路图（P2）7.4 丙类和丁类功率放大器丙类和丁类功率放大器 7.4.1 7.4.1 丙丙类功率放大电路类功率放大电路（ C类）类）设输入一余弦信号设输入一余弦信号tUuIcosIm则三极管的发射结电压则三极管的发射结电压 tUVuVuBBIBBBEco

15、sImtnItItIIiCcos2coscoscnmc2mc1mc0Bi因为管子只在小半周期内导通，因而因为管子只在小半周期内导通，因而Ci为脉冲电流。放大后的为脉冲电流。放大后的也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得 tUtRIuCmPCCcoscos1图7-14 谐振功率放大电路原理图7.4 丙类和丁类功率放大器丙类和丁类功率放大器 7.4.1 C7.4.1 C类功率放大电路类功率放大电路图7-1 功率放大电路的工作状态 a）A类 b）B类 c）AB类 d）C类7.4.2 丁类功率放大电路丁类功率放大电路（ D类类） 图7-15 PWM型D类功放电路原理图 a）原理框图 b）波形图图7-16 简单的PWM型D类功放电路7.5 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器具有集成功率放大器具有 输出功率大、外围连接元件少、使用方便输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。等优点，目前使用越来越广泛。 图7-18 集成音频功放LM386的引脚图LM386内部电路原理图图7-17 LM386内部电路原理图图7-19 LM386组成的OTL电路图7-20 LM386组成的BTL电路7.5 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。 图7-21 TDA2030A集