模拟电子技术第四章

1、4.1 概述概述4.3 乙类双电源互补对称功率放大乙类双电源互补对称功率放大 电路电路 4.4 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4.2 功率放大电路提高效率的方法功率放大电路提高效率的方法 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，模拟信号被放大后，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、继电器动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、作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。这类主要用于向负载提供较大功率的放大

2、电路常称为功率放这类主要用于向负载提供较大功率的放大电路常称为功率放大电路，简称功放大电路，简称功放 4.1 4.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一一. 功放电路的特点功放电路的特点输出功率输出功率Po是指输出到负载的交变电压和交变电流的乘积，是指输出到负载的交变电压和交变电流的乘积，即交流功率。直流成分产生的功率不是输出功率即交流功率。直流成分产生的功率不是输出功率 （1）输出功率输出功率Po为交流功率为交流功率（2）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大2OMOMOM OMOMOO OL2222VIVIVPV IRVO 、 IO 为负载为负载RL上的正弦信号的有效

3、值。上的正弦信号的有效值。IOM、VOM为正弦输出电流和电压的最大振幅值为正弦输出电流和电压的最大振幅值 。要求：要求： 功放电路中电流、电压要求都比较大，必功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、U(BR)CEO 、 PCM 。 ICMPCMU(BR)CEOIcuce 为获得较大输出功率，要为获得较大输出功率，要求功率放大器工作在大电求功率放大器工作在大电流、电压信号下，接近于流、电压信号下，接近于极限状态，必须注意防止极限状态，必须注意防止波形失真和功率管的保护。波形失真和功率管的保护。(3) 较高的效率较高

4、的效率 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（ ）。）。PO: 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。100%OEPP （4）减小非线性失真）减小非线性失真（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题（6）采用图解分析法）采用图解分析法4.2 功率放大电路提高效率的方法功率放大电路提高效率的方法BJT的几种工作状态的几种工作状态甲类：甲类：Q点适中，在正弦信号的点适中，在正弦信号的整个周

5、期内均有电流流过整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：甲乙类：介于两者之间，介于两者之间，导通角大于导通角大于180iCvCEQ1VCEQICQVCCiCvCEQ3ICQVCC乙类：乙类：静态电流为静态电流为0，BJT只在只在正弦信号的半个周期内均导通。正弦信号的半个周期内均导通。iCvCEQ2ICQVCC甲类功率放大器分析甲类功率放大器分析射极输出器射极输出器1.三极管的静态功耗：三极管的静态功耗：若若12CEQCCVV 的静态功耗相等的静态功耗相等三极管和负载电阻三极管和负载电阻LRCCEQCQPVI ECCCQPVI电源提供的平均功耗：电源提供的平均功耗：12CRLCCCQPPVI 则则

6、IcuceQVCEQICQ+uVCCLRb1RiuoT2.动态功耗动态功耗（当输入信号（当输入信号Ui时）时）输出功率输出功率:oomomomom2212VIPVI 要想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面积使功率三角形的面积大，即必须使大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大输出功率最大输出功率:MNVomIom功率三角形功率三角形iCuCEQVCEQICQVCC2OMOMCCCQCCOML11 1122 28VIVIVPR电源提供的功率电源提供的功率220011()(sin)22ECCCCCCQCmCCCQPVi dtVIIt dtVI 此电路的最高效率此电路的最高效率0.

7、25omEPP 甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小输出功率小 静态功率大，效率低静态功率大，效率低1 1()2 2OMCCCQPVI iCuCEQVCEQICQVCCMN一一. 结构结构互补对称：互补对称： 电路中采用两个晶电路中采用两个晶体管：体管：NPN、PNP各各一支；一支； 两管特性一致。组两管特性一致。组成互补对称式射极输成互补对称式射极输出器。出器。4.3 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 uuVCCVCCoiLR二、工作原理二、工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时静态时：（静态工作点的设置）：（静态

8、工作点的设置）ui = 0V 相当于4个PN结串联 ic1、ic2均均=0（静态工作点在截静态工作点在截止区：止区：乙类工作状态）乙类工作状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Vom=V

9、CC- VCESuuVCCVCCoiLRiC1vCEiC2QVCCUCESVCESVom最大不失真输出功率最大不失真输出功率POM22CCCESCCOMLL()22VVVPRR 1.输出功率输出功率Po2omomomoooLL=222VVVPV IRR 三、分析计算三、分析计算uuVCCVCCoiLRuuVCCVCCoiLR2.电源供给的功率电源供给的功率PEoCC0L1 uVd tRECCC0122PVi d tOMCC0Lsin1VtVd tRCCOML2V VR2CCCCCESCCEMOMLL224VVVVPPRR3.效率效率 oomECC=4PVPV omCC VV ，% 78.54m

10、ax 最高效率最高效率 max四功率四功率BJTBJT的选择的选择 1、三极管功率损耗、三极管功率损耗PC 2CCOMOMLL22V VVRR2CCOMOML24V VVRPCPE PO 2CCOMOMC1C2L14V VVPPR2 2三极管的最大管耗三极管的最大管耗P Pc1maxc1max 2CCC1maxomL0.20.22VPPR 问：问：Vom=？ PC1最大最大, PC1max=？用用PC1对对Vom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出：VCC/ - Vom/2=0PC1max发生在发生在Vom= 2VCC/ =0.6VCC处。处。将将Vom= 2VCC/代入代入PC1表

11、达式表达式：)4(12omomCCLC1VVVRP 3.3.选功率管的原则：选功率管的原则：1. PCM PC1max =0.2POM2()2BR CEOCCVV 22CCOMLVPR uuVCCVCCoiLR3CCICM V / RL总结总结1.输出功率输出功率Po2omomomoooLL=222VVVPV IRR 3.管耗管耗PCCEO=PPP 2CComomL2()4V VVR 2.电源供给的功率电源供给的功率PEEoC=PPP CComL2VVR 4.效率效率 oomECC=4PVPV 2CCC1maxomL0.20.22VPPR 5.5.最大管耗最大管耗Vom=0.6VCC【例【例4

12、.1】设】设VCC=20V，负载，负载RL=，如果忽略三极管的饱和电压降，如果忽略三极管的饱和电压降VCES，试求输入电压试求输入电压vi有效值为有效值为10V时，电路的输出功率时，电路的输出功率PO、管耗、管耗PC、电源提供的、电源提供的功率功率PE和效率和效率 。 解：解：（1）输出功率）输出功率PO：由图可知由图可知T1、T2均为射极输出器，均为射极输出器，Av 1，故，故vo的有效值也是的有效值也是10V，所以输出交流电压幅值为，所以输出交流电压幅值为 VOM=oV210 2v 14.14VVOM 2VCC=36VICM =2.25APCM PC1_MAX =4W tuo交越失真交越失

13、真ui t存在交越失真存在交越失真乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点uuVCCoiLRVCC 静态时静态时: T1、T2两管发射结电压分两管发射结电压分别为二极管别为二极管D1、 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。负半加入正弦信号。负半周周 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；正提高，进入良好的导通状态；正半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。降低，进入良好的导通状态。前置放大

14、电路的输出中增加前置放大电路的输出中增加 D1、D21.1.基本原理基本原理 4.4 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一一. 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路+0.7V-0.7VuB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态电流电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，基于半个周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceVCC /ReVCCIBQ1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。效率。2功率放大电路按输出级晶体管集电极的导通情况分为三类：功率放大电路按输出级晶体管集电极的导通情况分为三类：甲类放大，晶体管集电极电流甲类放大，晶体管集电极电流iC的导通角为的导通角为360，其效率最低；，其效率最低；乙类放大，乙类放大，iC的导通角为的导通角为180，其效率最高；，其效率最高；甲乙类放大，甲乙类放大，iC导通角略大于导通角略大于180