第八章功率放大电路案例

1、第八章第八章 功率放大电路功率放大电路电子技术基础-模拟部分2022-4-6本章内容本章内容n8.1功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题n8.2射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例n8.3乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路n8.4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n8.5集成功率放大器集成功率放大器电子技术基础-模拟部分2022-4-68.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题n8.1.1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n8.1.2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

2、径电子技术基础-模拟部分2022-4-68.1.1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(1) 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以功率放大电路是一种以输出较大功率输出较大功率为目为目的的放大电路。因此，的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电要求同时输出较大的电压和电流。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。 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。电子技术基础-模拟部分2022-4-6（2 2）功率放大电路研究的问题）功率放大电路研究的问题 1）性能指标：输出功率和效率。）性能指标：输出功率

3、和效率。2）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。CMCEO)BR(CMP,U,I功率管功率管的选择的选择3）失真和散热）失真和散热极限极限状态状态图解法图解法电子技术基础-模拟部分2022-4-6放大电路的功率和效率放大电路的功率和效率L2ooRUP VomPP 输出功率输出功率输出电压输出电压（有效值）（有效值）效率效率直流电源输直流电源输出功率出功率CCC(AV)VVIP 电子技术基础-模拟部分2022-4-6+VCCRBRLC1+ui+射极输出器射极输出器CQItdiCC20CCCVVV21P: 电电源源输输出出功功率率电子技术基础-模拟部分20

4、22-4-6LLRIRItdtItdom2CQ2L202cmCQ20LC2O21R)sin(I21Ri21P: 负负载载消消耗耗的的功功率率OVLCQCEQPPRIIUtd om220CCET21iu21P: 三三极极管管消消耗耗的的功功率率直流电源输出功率充分激励下直流电源输出功率充分激励下( (输入输入) )电路输出不失真最大功电路输出不失真最大功率时率时,Q,Q点的位置点的位置电子技术基础-模拟部分2022-4-6 管子一个周管子一个周期内都导通期内都导通 有半个周期有半个周期以上导通以上导通 只有半个周只有半个周期导通期导通8.1.2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

5、主要途径电子技术基础-模拟部分2022-4-61 1）甲类方式：晶体管在）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处信号的整个周期内均处于导通状态于导通状态2 2）乙类方式：晶体管仅）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于在信号的半个周期处于导通状态导通状态3 3）甲乙类方式：晶体管）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处在信号的多半个周期处于导通状态于导通状态失真小，静态电流大，失真小，静态电流大，管耗大，效率低。管耗大，效率低。失真大，静态电流为失真大，静态电流为零零 ，管耗小，效率高。，管耗小，效率高。消除交越失真。消除交越失真。电子技术基础-模拟部分2022-4-68.2射极输出器射极输出

6、器甲类放大的实例甲类放大的实例简化电路简化电路带电流源详图的电路图带电流源详图的电路图 特点：特点：电压增益近似为电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功，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。率增益，输出电阻小，带负载能力强。 电子技术基础-模拟部分2022-4-68.2射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例电压与输入电压的关系电压与输入电压的关系 OI(0.6)Vvv设设T1的饱和压的饱和压VCES0.2V vO正向振幅最大值正向振幅最大值 omCC0.2VVVvO负向振幅最大值负向振幅最大值 若若T1首先截止首先截止 LBiASomRIV若若T3首

7、先出现饱和首先出现饱和 omEE0.2 VVV 电子技术基础-模拟部分2022-4-68.2射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例CCEE15VVVBiAS1.85AI 8LRiBiASIvv VVBIAS=0.6V当当 放大器的效率放大器的效率 omVCVE100%16.4%()PPP效率低效率低电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路n8.3.1 电路组成电路组成n8.3.2 分析计算分析计算n8.3.3 功率功率BJT的选择的选择电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.1 电路组成 由一对由一对NPN、PNP

8、特性相特性相同的互补三极管组成，采用正、同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。负双电源供电。1. 电路组成电路组成2. 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，使负半周轮流导通，使负载得负载得到一个完整的波形。到一个完整的波形。电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.2 分析计算ic1ic2动态分析：动态分析：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T T1 1、T T2 2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为两个晶体管都只在半个周期内工作

9、的方式，称为乙类放大乙类放大。因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。静态分析：静态分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0V电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.2 分析计算图解分析图解分析电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.2 分析计算1. 最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP实际输出功率实际输出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP忽略忽略VCES时时L2CComax2RVP 电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.2 分析计算单个管子在半个周期内

10、的管耗单个管子在半个周期内的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP2. 管耗管耗 PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV)d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.2 分析计算3. 电源供给的功率电源供给的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV当当时，时， CComVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP 当当时，时， CComVV % 78.54 电子技术基础-

11、模拟部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的选择的选择1. 最大管耗和最大输出功率的关系最大管耗和最大输出功率的关系因为因为)4(12omomCCLT1VVVRP 当当 0.6VCC 时具有最大管耗时具有最大管耗CCom2VV 0.2Pom L2CC2T1m1RVP 选管依据之一选管依据之一电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的选择的选择功率与输出幅功率与输出幅度的关系度的关系电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的选择的选择n2.功率功率BJT的选择的选择q1）每只）每只BJT的最大允许管耗必须大于的最大允许管耗必须大于0.2Po

12、mq2）|（V（BR）CEO）|2VCCq3）IcmVcc/RL电子技术基础-模拟部分2022-4-68.3.3 功率功率BJT的选择的选择n例：功放电路如图例：功放电路如图8.3.1a所示，所示，设设Vcc=12V，RL=8欧，功率欧，功率BJT的极限参数为的极限参数为Icm=2A， |（V（BR）CEO）|=30V，Pcm=5W。求（。求（1）最大输出功率最大输出功率Pom，并检验，并检验BJT是否能安全工作；（是否能安全工作；（2）放大电）放大电路在效率为路在效率为0.6时输出功率的值时输出功率的值。电子技术基础-模拟部分2022-4-6OTL)OTL)单电源系统单电源系统负载串接大容量

13、负载串接大容量电容电容C(C(几百几百 几几千微法的电解电千微法的电解电容器）容器）电子技术基础-模拟部分2022-4-6CCEQV21V:E 点点静静态态电电位位必必须须调调在在电电路路中中要要求求OTLt2CCV保证输出端能够得保证输出端能够得到最大输出功率到最大输出功率2CCCQVU V0UOQ C C隔直走流隔直走流2)2(CESCComUVU 电子技术基础-模拟部分2022-4-6C C隔直走流隔直走流, , ,电子技术基础-模拟部分2022-4-68.4 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n8.4.1 甲乙类甲乙类双双电源互补对称电路电源互补对称电路n8.4.2

14、甲乙类甲乙类单单电源互补对称电路电源互补对称电路电子技术基础-模拟部分2022-4-68.4.1 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电子技术基础-模拟部分2022-4-68.4.1 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. 静态偏置静态偏置可克服交越失真可克服交越失真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电子技术基础-模拟部分2022-4-68.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路BE422

15、1CE4VRRRV 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。电子技术基础-模拟部分2022-4-68.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路静态时，偏置电路使静态时，偏置电路使VKVCVCC/2（电容（电容C充电达到稳充电达到稳态）。态）。当有信号当有信号vi时时负半周负半周T1导通，有电流通过负载导通，有电流通过负载RL，同时向，同时向C充电充电正半周正半周T2导通，则已充电的电容导通，则已充电的电容C通过负载通过负载RL放电。放电。只要满足只要满足RLC T信信，电容，电容C就可充就可充当原来的当原来的VCC。计算计算Po、PT、PV和和PTm的公式必须的公式必须加以修正，以加以修正，以VCC/2代替原来公式中代替原来公式中的的VCC。 电子技术基础-模拟部分2022-4-6功率放大电路总结功率放大电路总结类别类别特点特点Q 点点波波 形形甲类甲类无失真无失真Q 较高较高ICQ 较大较大Q 较高较高甲乙类甲乙类有失真有失真效率高效率高ICQ 小小Q 较低较低乙类乙类失真大失真大效率最高效率最高IC