模拟电子技术基础_04功率放大电路.

1、第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-261第第4章章 功率放大电路功率放大电路 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-262基本要求基本要求 掌握掌握乙类功放的工作原理和功率参数计算及乙类功放的工作原理和功率参数计算及存在的问题以及甲乙类功放电路的构成；存在的问题以及甲乙类功放电路的构成； 了解功率放大电路的特殊问题了解功率放大电路的特殊问题效率和失效率和失真以及解决这类问题的方法；真以及解决这类问题的方法； 了解集成功放及其应用。了解集成功放及其应用。 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子

2、技术 2022-5-263要解决的主要问题 从技术上从技术上 为什么需要功率放大为什么需要功率放大 如何设计低频功率放大器如何设计低频功率放大器 从教学上从教学上 功率放大器的技术特点是什么功率放大器的技术特点是什么 乙类双电源互补功率放大电路原理及分析方法乙类双电源互补功率放大电路原理及分析方法 甲乙类互补功率放大电路原理及分析方法甲乙类互补功率放大电路原理及分析方法 集成功放简介集成功放简介第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2644.1 功率放大电路的一般性问题功率放大电路的一般性问题 功率放大电路一般在多级放大电路的功率放大电路一般在多级放大电

3、路的输出级输出级，主要作，主要作用是在不失真或轻微失真的前提下，尽可能地提供幅度较用是在不失真或轻微失真的前提下，尽可能地提供幅度较大的电压与电流，以推动负载如扬声器发声、电机旋转、大的电压与电流，以推动负载如扬声器发声、电机旋转、继电器动作、指示仪表偏转等。继电器动作、指示仪表偏转等。用于向负载提供功率的放用于向负载提供功率的放大器称为功率放大电路大器称为功率放大电路 。4.1.1对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的放大电路。功率放大电路是一种以输出较大功率为目的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电

4、压幅度大；输出信号电压幅度大； 输出信号电流幅度大；输出信号电流幅度大； 放大电路的放大电路的输出电阻与负载匹配输出电阻与负载匹配。第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2651.功率放大器与电压放大器的区别 电压放大器要求负载得到不失真的电压信号；电压放大器要求负载得到不失真的电压信号； 功率放大器则要求获得足够的不失真的输出功率功率放大器则要求获得足够的不失真的输出功率。 功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态工功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态工作点电流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类作点电流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类

5、工作状态。此时虽降低了静态工作电流，但又产生了工作状态。此时虽降低了静态工作电流，但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路类工作状态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路和互补对称电路较好地解决了乙类工作状态下的失真和互补对称电路较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。问题。第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2662 2. . 功率放大器的特殊问题功率放大器的特殊问题 1）要求输出功率尽可能大：因此放大器件工作在极限运）要求输出功率尽可能大：因此放

6、大器件工作在极限运用状态。用状态。 2）要求效率高：需要考虑减小功耗，提高电源转换效率。）要求效率高：需要考虑减小功耗，提高电源转换效率。 3）非线性失真要小。减小非线性失真与曾大输出功率是）非线性失真要小。减小非线性失真与曾大输出功率是功率放大器的一对矛盾。功率放大器的一对矛盾。 4）解决功率放大器件的散热问题。）解决功率放大器件的散热问题。 cCEc)(d21tiuP第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2673低频功率放大器的低频功率放大器的特点和要求特点和要求 1) 在不失真的前提下尽可能地输出较大功率在不失真的前提下尽可能地输出较大功率 ； 2

7、)具有较高的效率；具有较高的效率； 3)存在非线性失真，应非线性失真；存在非线性失真，应非线性失真； 4) 考虑放大器件的安全，要加装散热和保护装；考虑放大器件的安全，要加装散热和保护装； 5) 放大器件在大信号条件下工作，采用图解法分析。放大器件在大信号条件下工作，采用图解法分析。 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2684.1.2 提高功率放大电路效率的主要途径提高功率放大电路效率的主要途径 CCUCI 为提高效率、降低损耗，应从两方面考虑：一是增加放大电为提高效率、降低损耗，应从两方面考虑：一是增加放大电路的动态工作范围来增加输出功率；二是减少

8、电源供给的功率，路的动态工作范围来增加输出功率；二是减少电源供给的功率，即在即在 一定时一定时减小减小静态电流静态电流 ，也就是将静态工作点沿交流，也就是将静态工作点沿交流负载线下移。负载线下移。 可知可知 功率放大器提高输出功率的途径：功率放大器提高输出功率的途径： 减小放大管的集电极损耗！减小放大管的集电极损耗！cCEc)(d21tiuP由 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2691工作状态分类工作状态分类根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。根据晶体管的静态工作点的位置不同可分以下几类。(1) 甲类放大电路甲类放大电路特点特点a. 静态

9、功耗大静态功耗大CQCEQCIUP b. 能量转换效率能量转换效率低低c. 放大管的导通角放大管的导通角c =静态工作静态工作点位置点位置集电极电集电极电流波形流波形第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2610甲类功率放大器甲类功率放大器mA/Ci00CCUomUV/CEutCQIV/CEuCC2UQcesUA0Bi图4-2 变压器耦合甲类功率放大器/L1RAB B(b)r11RCCULRou2ReReC2TTrbC(a)/ouCEQUrBU22c5 . 021CCCQomcmEoQUIUIPP第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子

10、技术 2022-5-2611(2) 乙类放大电路乙类放大电路特点特点a. 静态功耗静态功耗0CQCEQCIUPb. 能量转换效率高能量转换效率高c. 输出失真大输出失真大d. 放大管的导通角放大管的导通角2C =静态工作静态工作点位置点位置集电极电集电极电流波形流波形第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2612(3) 甲乙类放大电路甲乙类放大电路特点特点a. 静态功耗较小静态功耗较小b. 能量转换效率较高能量转换效率较高c. 输出失真较大输出失真较大d. 放大管的导通角放大管的导通角2C 2静态工作静态工作点位置点位置集电极电集电极电流波形流波形第第4

11、章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2613CiCEu0Ci0QtCEU(a) 甲类CiCEu00QtCEU(b) 甲乙类CiCEu0Ci0QtCCU(c) 乙类甲类：三极管甲类：三极管(2 C= ) 360导电导电甲乙类：三极管甲乙类：三极管(2 C= )180360 导电导电乙类：三极管乙类：三极管(2 C= ) 180导电导电丙类丙类：三极管：三极管(2 C=) 0 时时T1导通导通CCULR1Tiuou1ci0tT2截止截止电流电流io方向方向输入信号输入信号uiuouic. ui 0 时时T1截止截止T2导通导通CCULR2Tiuou2ci0t电流

12、电流io方向方向输入信号输入信号uiuoui第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26181Ci1CEu0QCCU2CEu0CCU1Cit0ABcmIcm(max)IcemUm(max)ceUCESUt2CiQCCU2Cit20图4-4 乙类双电源OCL功放图解法分析的波形图输出幅值为输出幅值为CESCC(max)cemom(max)UUUU T1通通T2通通Uopp=2(UCC UCES)第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26194.2.2 功率参数分析功率参数分析1. 输出功率输出功率oPLooIUP 由图

13、4-3、图4-4可知， cLIILcceoRIUUL2omL2cemcmcemcmcemo21212122RURUIUIUP（4-2） maxou当输出 且波形不失真时，最大值为 CESCCom(max)UUUL2CCL2CESCCom21)(21RURUUP（4-3） tUusinomo设设故最大不失真输出功率最大不失真输出功率为： (忽略 )CESU第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2620)(dsin)sin(21)(d210LomomCCC0CE1T2TtRtUtUUtiuPP)4(12omomCCLUUUR（4-4） 2. 管耗管耗 第第4

14、章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2621omL2CC21(max)T2 . 02PRUP（4-6） omL2CC)1(T137. 0)44(CComPRUPUU（4-5） omL2CC21(max)T4 . 02PRUP两管总损耗两管总损耗 令令021ddomCCLomTUVRUP第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26223. 直流电源提供的功率直流电源提供的功率tRutiId21d210Lo0C1C(AV)平均集电极电流平均集电极电流IC(AV)为为EPLom0omL1dsin21RUttUR两个电源供给的总

15、电源功率两个电源供给的总电源功率直流电流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供给负载，故有直流电流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供给负载，故有 LomCCo1TE22RUUPPP（4-7） L2CCE(max)2RUP（4-8） 式中式中 Cm(max)LCC22IRU为电源在一个周期内提供的平均电流。为电源在一个周期内提供的平均电流。 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26234. 集电极效率集电极效率 功率放大电路的效率是输出功率和电源供给功率之比。功率放大电路的效率是输出功率和电源供给功率之比。 CComEo4UUPP(4-9) CC

16、om(max)UU输出信号越大，效率越高，当输出信号越大，效率越高，当 时，效率最大。时，效率最大。 %5 .784CComUU当当时时%5 .784max c第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26245. 功率管的选择功率管的选择 【例4-1】 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26254.2.3 单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路（OTL） 电容电容C起起负电源负电源UCC的作用的作用第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2626第第4章章 功率

17、放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26274.3 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 4.3.1 乙类功放的交越失真乙类功放的交越失真 a. 产生失真的原因产生失真的原因晶体管存在死区电压晶体管存在死区电压b. 失真的现象失真的现象 当当ui小于晶体管的死区电压小于晶体管的死区电压时，时，T1、T2都截止。都截止。输出电流出现一段输出电流出现一段“死区死区”CCUCCULR1T2Tiu1ci2ci0tou第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26280tiCiBuBE0uit0交越失真交越失真在两个管子交替工

18、作区域出在两个管子交替工作区域出现的失真称为现的失真称为交越失真交越失真输入信号输入信号输出信号输出信号交越失真的产生交越失真的产生第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26294.3.2 消除交越失真的常用方法消除交越失真的常用方法 给功率管（给功率管（T1和和T2）一定的直流偏置，使其工作于微导）一定的直流偏置，使其工作于微导通状态，即甲乙类工作状态。通状态，即甲乙类工作状态。1）甲乙类互补推挽电路）甲乙类互补推挽电路a. 利用二极管提供偏压利用二极管提供偏压iu图4-6 乙类功放电路的交越失真ou00tt二极管提供偏二极管提供偏压，使压，使T1、T

19、2呈呈微导通状态微导通状态第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26302）利用扩大电路实现偏置）利用扩大电路实现偏置RLT1ui+_+UCC_T2uo+_T3R1R2R3R4UCCRLT1ui+_+UCC_T2uo+_T3R1R2R3R4UCC图中图中)1 (32BE3B2B1RRUUU第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-26314.3.3 单电源甲乙类互补对称（单电源甲乙类互补对称（OTL）功率放大电路）功率放大电路 图图4-9所示是有推动级的单电源互补对称（所示是有推动级的单电源互补对称（OTL）功率放大电路。）功率放大电路。 第第4章章 功率放大电路功率放大电路 模拟电子技术模拟电子技术 2022-5-2632当温度升高时，当温度升高时， 的稳定过程如下的稳定过程如下 AU温度温度A3C3BA33C