模电CH07课件

1、1/287.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.2甲类放大电路甲类放大电路7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路7.4集成功率放大器集成功率放大器7.5功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行2/28例：例： 扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。

2、很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象3/28功率放大电路的特点功率放大电路的特点 1. 主要技术指标主要技术指标 最大输出功率最大输出功率PomoooPV I最大输出功率：在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最最大输出功率：在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。大交流功率。1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，此，

3、要求同时输出较大的电压和电流。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。管子工作在接近极限状态。 （交流功率，电压和电流均为有效值）（交流功率，电压和电流均为有效值）（交流功率，电压和电流均为峰值）（交流功率，电压和电流均为峰值）OMOMOMIVP214/281. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。功放电路中电功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值管的极限值: : ICM 、UCEM 、 PC

4、M 。由于信号大，功率放大。由于信号大，功率放大电路工作的动态范围大。电路工作的动态范围大。必须注意防止波形失真（非线性必须注意防止波形失真（非线性失真要小）。失真要小）。 ICMPCMUCEMiCuCE5/28 转换效率转换效率：输出功率与电源提供的功率之比。：输出功率与电源提供的功率之比。电源提供的功率电源提供的功率(PE )电源电压电源电压电源输出电流平均值（直流功率）。电源输出电流平均值（直流功率）。1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电

5、路的效率（体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（ ）。）。Pom : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。m100%oEPP6/282. 功率放大电路中的晶体管功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为使输出功率尽可能的大，电路中的晶体管一在功率放大电路中，为使输出功率尽可能的大，电路中的晶体管一都工作在极限状态，工作时的参数均接近极限参数。因此，在选择晶体都工作在极限状态，工作时的参数均接近极限参数。因此，在选择晶体管时，要特别注意极限参数的选择。管时，要特别注意极限参数的选择。3. 功率放大电路的分析方法功率放大电路的分

6、析方法图解法图解法5. 功率放大电路的分类功率放大电路的分类甲类功放、乙类功放、甲乙类功放甲类功放、乙类功放、甲乙类功放。1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象4. 功率放大电路要解决的问题功率放大电路要解决的问题提高效率；减小失真；管子的保护提高效率；减小失真；管子的保护(散热问题散热问题)；降低静态功耗，即减小静态电流降低静态功耗，即减小静态电流7/28 放大电路的工作状态放大电路的工作状态 根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情况，可将放大电路分为下列三种状态况，可将放大电路分为下列三种

7、状态： 1 1 甲类工作状态甲类工作状态ICUCEOQiCtO 工作点工作点Q处于放大区负载线的中处于放大区负载线的中间，晶体管在输入信号的整个周间，晶体管在输入信号的整个周期都导通。静态期都导通。静态IC较大，波形好。较大，波形好。 因为不论有无输入信号，晶体总是处于导通状态，电源要因为不论有无输入信号，晶体总是处于导通状态，电源要始终不断的输送功率，始终不断的输送功率，PEUCCICQ。所以。所以效率很低效率很低，5050，理想情况下达到，理想情况下达到5050。2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径8/282 2 乙类工作状态乙类工作状态ICUCEOQiCtO

8、 工作点工作点Q处于截至区，晶体管在输入处于截至区，晶体管在输入信号的一个周期内，只有半个周期导信号的一个周期内，只有半个周期导通。静态通。静态IC0。管耗更低，。管耗更低，效率更高，效率更高，但波形被切掉一半，但波形被切掉一半，严重失真。严重失真。动画演示动画演示2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径3 3 甲乙类工作状态甲乙类工作状态ICUCEOQiCtO 工作点工作点Q处于放大区偏下的位置，处于放大区偏下的位置，靠近截至区，晶体管在输入信号靠近截至区，晶体管在输入信号的半个周期以上都导通。静态的半个周期以上都导通。静态IC较小。较小。 因为静态因为静态IC较小

9、，管耗较低，所较小，管耗较低，所以以效率较高效率较高，但输出波形被切调一但输出波形被切调一部分部分出现严重失真出现严重失真。9/28如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用互补对称射极输出电路。互补对称射极输出电路。缺点：缺点：但又会引起截止失真。但又会引起截止失真。10/28 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路）电路）互补对称：互补对称：电路中采用两支晶电路中采用两支晶体管，体管

10、，NPN、PNP各一支；两管特性各一支；两管特性一致。一致。类型：类型： 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器被称为无输出变压器()电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容去，就成为无输出电容(电路，简称电路，简称OCL电路。电路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源供电。电路

11、采用双电源供电。11/287.3 乙类双电源互补对称功乙类双电源互补对称功率放大电路率放大电路7.3.2 分析计算分析计算7.3.1 电路组成电路组成7.3.3 功率功率BJT的选择的选择12/28 由一对由一对NPN、PNP特性相同特性相同的互补三极管组成，采用正、负双的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为电源供电。这种电路也称为OCL(Output Capacitorless)互补对称功率放大电路。互补对称功率放大电路。一一. 电路组成电路组成7.3.1 电路组成电路组成13/28CCV1 1、静态：、静态：电路上下电路上下对称，所以对称，所以 v vi i 、 v vo

12、o 静态为静态为0 0。2 2、动态（加入正弦动态（加入正弦信号）：信号）： v vi i 00时，时， T T1 1导通，导通， T T2 2 截止，输出截止，输出v vi i 正半正半周；周；8.3.1 电路组成电路组成动画演示动画演示二二. 工作原理工作原理 两个三极管在信号正、两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。载得到一个完整的波形。v vi i 0 2V|2VCCCC的功率管。的功率管。 通过功率通过功率BJTBJT的最大集电极电流为的最大集电极电流为V VCCCC/R/RL L，因此选功率，因此选功率BJTBJT的的I ICMCM一般不

13、宜一般不宜低于此值。低于此值。OMAXCMPP2 . 0LCCCMRVI19/28练习练习1：1. 电路如图所示。管子T1、T2在输入信号vi的作用下, 一周期内轮流导电约180度，电源电压Vcc=20V，负载RL=8，|VCES|=1V，试计算： 在输入信号vi10V(有效值)时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给功率和电路的效率。(2)求电路的最大输出功率和效率。20/287.4 甲乙类互补对称功率放甲乙类互补对称功率放大电路大电路7.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路21/287.4.1 甲乙类双电源互补对

14、称电路甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题22/28 严格说，乙类放大严格说，乙类放大输入信号很小时，达输入信号很小时，达不到三极管的开启电不到三极管的开启电压，三极管不导电。压，三极管不导电。因此在正、负半周交因此在正、负半周交替过零处会出现一些替过零处会出现一些非线性失真非线性失真，这个失，这个失真称为真称为交越失真交越失真。 tuo交越失真交越失真ui t交越失真波形交越失真波形7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路23/28R1D1D2R2 静态时静态时: T1、T2两管发射结电位分两管发射结电位分别为二极管别为二极管D1、

15、 D2的正向导通的正向导通压降，致使两管均处于微弱导压降，致使两管均处于微弱导通状态通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态。动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负提高，进入良好的导通状态；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。提高，进入良好的导通状态。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路24/287.

16、4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路1 1） 静态偏置静态偏置可克服交越失真可克服交越失真2 2） 动态工作情况动态工作情况二极管等效为恒压模型二极管等效为恒压模型设设T3已有合适已有合适的静态工作点的静态工作点交流相当于短路交流相当于短路2.2.带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器 25/287.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路BE4221CE4VRRRV VBE4可认为是定值可认为是定值 R1、R2不变时，不变时，VCE4也也是定值，可看作是一个直流是定值，可看作是一个直流电源。电源。3.3.偏置电压可调的功率放大器偏置电压可调的功率

17、放大器 26/281、特点、特点(2) 单电源供电；单电源供电；(3) 输出加有大电容。输出加有大电容。2、静态分析、静态分析 T1、T2 特性对称，特性对称，CCA,2UU CCC2UU CCi2Uu T2+C+UCC0.5UCCRLuiT1A+uo-UC(1) 两个两个BJT均接成射级输出器的形式；均接成射级输出器的形式；7.4.2 乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路一、 单电源互补功率放大电路（无输出变压器(OTL)）27/283.3.动态分析动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电直流电基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。电容相当于电源，若输出电容相当于电源，若输出电容足够大，电容足够大， UC基本保持基本保持在在0.5UCC ，负载上得到的，负载上得到的交流信号正负半周对称，交流信号正负半周对称，但存在交越失真。但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真当当 时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；CCi2Uu 当当 时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。CCi2Uu 0.5UCCuit两个晶体管都只在半个周期内工作，两个晶体管都只