模拟电路第八章课件

第8章

功率放大电路18—1功率放大器的特点及工作状态分类 从能量控制的观点来看，都是利用有源器件将电源提供的直流功率转换成负载所需的交流功率。 电压放大器和功率放大器的相同点：2 电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压放大信号，讨论的主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等，输出功率并不一定大。 功率放大器主要要求获得一定的不失真的输出功率，通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大器包含着一系列电压放大器中没有过的特殊问题。两者的不同点：3一、特点（1）输出功率尽可能大 晶体管常常在接近极限运用状态下工作。技术指标1：POM——负载上得到的最大输出交流功率。(3)分析方法以图解法为主。(2)大信号工作。4(5)提高效率成为重要的关注点。技术指标3：——能量转换效率η。(6)功率器件的安全问题必须考虑。（4）非线性失真矛盾突出

技术指标2：非线性失真的大小。在效率高、非线性失真小、安全工作的前提下，向负载提供足够大的功率。对功率放大器的要求：5一般放大器与功率放大器的区别为：一般放大器功率放大器技术要求Au、Ri、RoPOm、、非线性失真工作状态小信号状态大信号状态分析方法小信号等效电路分析法图解法6二、工作状态分类甲类（A类）：工作点Q设在放大区，对于输入信号为正弦波的整个周期内ic0，即三极管在整个周期都导通。因此导通角=。导通角：通常将一个周期内出现集电极电流部分所对应角度的一半称为集电极电流的导通角(a)甲类(导通角为180°)能量转换效率ηmax=50%在没有交流输入时，电源功率全部转变为管耗。7乙类（B类）：工作点选在导通的阈值点（UBEQ=UBE(on)，ICQ=0），因此只有在输入信号的半个周期内有ic，导通角=/2。(b)B类(导通角为90°)8(c)C类(导通角＜90°)丙类（C类）：Q点在选在截止区以内，晶体管只有不到半周导通（导通角小于90o）,导通角0<</2。9甲乙类（AB类）：工作点选在放大区中，但靠近截止区的地方，导通角<</2。iCt0iCuBEQ(d)π2π010电路图9—2甲类功放电路及交、直流负载线8-2甲类(A类)功率放大器一、电路11图9—2甲类功放电路及交、直流负载线交、直流负载线uCEiC0uCEt0UCEQUCUCC(b)Q直流负载线交流负载线iBiCt0ICQICQICQIC1R’L12交、直流负载线uCEiC0uCEt0UCEQUCUCC(b)Q直流负载线交流负载线iBiCt0ICQICQICQIC1R’L13二、功率与效率的计算1.电源供出功率PE2.负载得到的交流功率PL14设变压器效率ηT=1,则，即15此时，最大输出功率PLm为3.管子功耗PC

164.转换能量的效率η当Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ时，效率达到最高：17下面计算非变量器耦合电压放大器的各项指标：188—3互补推挽乙类(B类)功率放大器一、双电源互补推挽乙类功率放大器(OCL电路)1.电路结构及工作原理OTL、OCL、BTL、变压器耦合式等。OTL：Outputtransformerless（输出没有变压器）OCL：Outputcapacitorless（输出没有电容）BTL：Balancedtransformerless（桥式推挽电路）19静态工作点：ui=0，两管都截止，ICQ=0，Uo=0，UCEQ1=UCC，UCEQ2=UCC——静态ICQ=0，属于乙类功放。（1）电源静态功耗为零20交流分析：设ui为一正弦波信号。设发射极导通电压UBE（on）=0。当ui为正半周时，V1导通，V2截止，为射极输出器，uo=ui。iC1流入负载→uo>0。当ui为负半周时，V2导通，V1截止，为射极输出器，uo=ui。iC1流出负载→uo<0。(2)两只晶体管交替导通，合成一个不失真的输出信号21(3)带负载能力强电路中晶体管都接成共集组态，输出阻抗低，带负载能力强，输出电压Uo与Ui同向。

222.功率与效率的计算（a）V1的输出特性图8.3.2互补推挽乙类功放的输出特性23（b）V2的输出特性图8.3.2互补推挽乙类功放的输出特性24（c）组合输出特性图8.3.2互补推挽乙类功放的输出特性251)输出交流功率PO令称之为电压利用系数，那么V1、V2为半周工作，但负载电流却是完整的正弦波。26信号越大，Uo增大，电压利用率也增大。若忽略集电极饱和电压，则最大ξ=1，故最大输出功率Pom为27当信号为零时，工作点接近于截止点，ICQ=0，电源不提供功率；而随着信号的增大，iC1增大，电源提供的功率也将随之增大。这点与A类功放有本质的差别。每个晶体管的集电极电流平均值为：2)电源提供的功率两组电源供给的总功率：28当信号最大时，Uom(max)≈UCC，所以电源输出的最大功率为293)每管转换能量的效率η当信号最大，ξ=1时，效率达到最高：可见，B类工作的效率远比A类的高。304)每个管子损耗PC可见，每个管子的损耗PC是输出信号振幅的函数。将PC对Uom求导，可得出最大管耗PCm。令31得出，当时，每管的损耗最大：323.选择功率管(1)已知Pom及RL，选UCC，则(2)已知Pom，选择管子允许的最大功耗PTM。管子允许的最大功耗33(3)管子的击穿电压U(BR)CEO。(4)管子允许的最大电流ICM。34总结：功率管的选择原则：最大耐压值：U(BR)CEO>2UCC最大集电极电流：最大集电极耗散功率：35若分析时，UBE(on)0，则输出会产生交越失真：4乙类互补推挽功率放大电路的交越失真：为了解决交越失真，给晶体管稍加一点偏置，使之工作在甲乙类放大状态：36图8.3.5克服交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式；(b)模拟电压源偏置方式为提高电路的能量转换效率，设置的偏压较小，所以分析计算时仍可视其为乙类工作状态。3738当信号最大时，Uom(max)≈UCC，所以输出的最大功率为39二、单电源互补跟随乙类功率放大器(OTL)

（8-3-17）由于电容器的容量很大，动态时，在信号变化一周内，电容两端电压可以基本保持恒定。40故，该电路负载得到的最大交流功率PLm为41为保证功率放大器良好的低频响应，电容C必须满足42例1：题中Ucc=35v,RL＝35，流过负载电阻的电流为iL＝0.45coswt(A)求：（1）负载所获得的功率Po；（2）电源提供的平均功率（3）每管的管耗43例2：