模电-第4章功率电子电路

第四章功率放大器4.1概述4.2乙类功率放大器

4.3甲乙类功率放大器*4.4VMOS管功率放大器4.1概述例：扩音系统实际负载什么是功率放大器？

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、继电器动作、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功率放大电压放大信号提取电压放大器功率放大器放大电压信号获得大的输出功率AuRiRoPo=UoIo小信号——微变等效电路分析法大信号——图解法一.功放电路的特点（2）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:ICM

、UCEM

、

PCM

。

ICMPCMUCEM（1）输出功率Po尽可能大Icuce(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)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。即注意提高电路的效率（）。Po:负载上得到的交流信号功率。PE:电源提供的直流功率。（5）功放管散热和保护问题二.甲类功率放大器分析1.三极管的静态功耗：若电源提供的平均功耗：则IcuceQuceQIcQ2.动态功耗（当输入信号Ui时）输出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom

和Iom

都要大。最大输出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC电源提供的功率此电路的最高效率甲类功率放大器存在的缺点：

输出功率小静态功率大，效率低三.BJT的几种工作状态甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：介于两者之间，导通角大于180°iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。iCuCEQ2ICQVCC一.结构4.2乙类功率放大器乙类状态的NPN、PNP射极跟随器互补组成对称式功放LR＋uＴ１VCCoui－VCCＴ２LRuiuo二、工作原理ic1

静态时：动态时:(设ui为正弦波)T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。ui=0VIc1=Ic2=0（乙类状态）

uo=0Vui

负半周T1截止，T2导通ui

正半周T1导通，T2截止io=ic1io=ic2＋－uuＴ1Ｔ2VCCVCCoiLRio形成uo正半周形成uo负半周ic2Po=0PT=0PE=0uo=VCC-uCE|△uo|=|△

uCE|

Uom=Ucemio=iCIom=Icm三、分析计算——图解法IcmUcem

负载上的最大不失真输出电压为(极限值）

Uom=Ucem=VCC-UCES≈VCCuCEiC1iC2QVCCUCES动画演示最大不失真输出功率Pomax1.输出功率Po三、分析计算一个管子的管耗2.管耗PT两管管耗3.电源供给的功率PE当4.效率最高效率max四．三极管的最大管耗

使PT1对Uom求导，并令导数=0，有：求得：管耗：最大管耗：选功率管的原则：1.PCMPT1max=0.2PoM2．3.例：乙类互补对称功率放大电路如图所示，Vcc=15V,负载RL=8Ω，请选择功率管的参数。选：

PCM0.2PoM=2.8W输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压动画演示乙类互补对称功放的缺点4.3甲乙类功率放大器

静态时:T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态动态时：设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2

基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。结构：电路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

一.甲乙类双电源互补对称电路功率、效率的计算套用乙类公式，误差在允许的范围内。uB1tUTtiBIBQ波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQ2.带前置放大级的甲乙类功率放大器

R2

D——克服交越失真T3——前置级(甲类状态）T1T2——互补对称功放（甲乙类状态）（计算同乙类）R3和R4——稳定输出电流3.电路中增加复合管增加复合管的目的：实现管子参数的配对,扩大电流的驱动能力。1

2复合NPN型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP构成复合管的规则：1)

应保证发射结正偏，集电结反偏；2)

复合管类型与第一只管子相同。4.带复合管的OCL互补输出功放电路：

T1：电压推动级（前置级）

T2、R1、R2：UBE扩大电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。

合理选择R1、R2，b3、b5间可得到UBE2任意倍的电压。单电源供电；输出加有大电容。（作用：负电源、耦合）（1）静态偏置二.甲乙类单电源互补对称电路

调整RW阻值可使电容上电压1、结构2、工作原理C隔断直流

IO=0UO=0RW—引入负反馈，提高稳定性。UPUB4IB4IC4UC4UP（2）动态分析（电容起到了负电源的作用）ui负半周时，T1导通、T2截止；ui正半周时，T1截止、T2导通。供电总电压：VCC-UC=VCC/2供电电压：UC=-VCC/2功率、效率的计算套用双电源互补对称功放的公式将原VCC换为VCC/2ic1ic2（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：电路使用单电源，有输出电容，没有输出变压器，称为OTL电路选功率管的原则：1.PCMPT1max=0.2PoM2．3.此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。输出交流电压的极限值：Uom≈VCC/2UP2.带自举电路的单电源功放静态时C1充电后，其两端有一固定电压VCC/2动态时C1、R7为自举电路Auo向正方向上升时，由于C1很大，两端电压基本不变，A点电位随输出电压升高而升高。使得R8上的交流电位也大幅上升，这就是自举效应。保证输出幅度达到VCC/2。总结：互补对称功放的类型

互补对称功放的类型双电源电路又称OCL电路（无输出电容）单电源电路又称OTL电路（无输出变压器）小结1、功率放大电路是在大信号下工作，通常采用图解法进行分析。研究的重点是如何在允许的失真情况下，尽可能提高输出功率和效率。

2、正确理解功率放大器的特点及甲类，乙类和甲乙类的概念。与甲类功率放大电路相比，乙类互补对称功放的主要优点是效率高，在理想情况下，其最大效率约为78.5%。为保证BJT安全工作，双电源互补对称电路工作在乙类时，器件的极限参数必须满足：PCM＞PT1≈0.2Pom，|V(BR)CEO|＞2VCC，ICM＞VCC/RL。3、由于BJT输入特性存在死区，工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真。常利用二极管或VBE扩大电路进行偏置的甲乙类互补对称电路克服失真。

4、