第08章功率放大器(康华光)

第4章功率放大器重点：1.了解功率放大器的类型；2.掌握功率放大器的计算方法。1§4.1功率放大电路的一般问题一.什么是功率放大器——以输出较大功率为目的的放大电路。

因此,功放要求同时输出较大的电压和电流。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。二.功放电路的特点1.输出功率Po尽可能大;2.电路的效率(=Po/PE)尽可能高;Po——负载上得到的交流信号功率PE——直流电源提供的功率3.不能出现波形失真,电路参数不能超过晶体管极限值;即:(1)IC<ICM;(2)VCE<VCEM

;(3)IC×VCE<PCM4.具有良好的散热措施和保护电路。2三.功放电路的分析方法1.静态分析与前述方法相同。目的求静态值、静态功耗。2.动态分析由于功放中管子工作在大信号状态,故不能采用小信号法分析动态,只能画交流通路,采用图解法分析动态。目的求输出功率Po,效率,管耗PT等。四、放大器的工作状态1.甲类工作状态——晶体管在输入信号的整个周期都导通,导通角=360º,波形好。但静态IC较大,管耗大效率低。ICVCEoQiCto3ICVCEoQiCtoICVCEOQiCtO2.乙类工作状态

3.甲乙类工作状态——晶体管只在输入信号的半个周期内导通,导通角=180º,静态IC=0,管耗小效率高,但波形严重失真。——晶体管导通的时间大于半个周期,导通角>180º,静态IC0,管耗较小效率较高,不失真,一般功放常采用。4.丙类工作状态——导通角小于180°4§4.2甲类功率放大器实例一.共射极放大器1.静态分析目的:求Q点,静态管耗

,电源提供功率(1)Q点计算方法与第2章相同。工作周期交流通路viRb–vo+RL+VCCRbRL+vi–+vo–ioiCvceVCEQICQVCCVCC——RLQvce,ic

的动态范围=vo,io

的动态范围交负线5(2)BJT的静态功耗PT——静态时三极管消耗的平均功率PT静=ICQ·VCEQ=VCEQ·(VCC-VCEQ)/RL当VCEQ=VCC/2时PT静最大(3)静态时电源提供的平均功率

PVC静=ICQ·VCC——vi=0(静态时)三极管放大电路依然在耗能。viRb–vo+RL+VCCiCvceVCEQICQVCCVCC——RLQ62.动态分析(vi0时)目的:求Po,,PT(1)输出功率Po要想获Po大,必须使Vom和Iom都要大。什么条件下Po最大不失真?这时最大输出功率:VomIom功率三角形Po最大条件：(1)当Q点处在交流负载线VCES~ICEO的中点;(2)管子工作在接近极限状态时。iCQVCEQICQVCCvCEVCESVCC——RL下一页7(2)动态时电源提供的平均功率PVC=ICQ·VCC(4)甲类功率放大器的优缺点优点:信号不失真。缺点:静态功率大,输出功率小,效率低。m=Pom/PVC0.25若忽略VCES:(3)电路的效率定义:=Po/PVC电路的最高效率:当Q在中点时:上一页=PVC静8二.射极输出器(共集电极放大器)1.电路2.功率放大原理(1)vI=0静态时IC=iBiAsVCE=VCC-VBE这时输出电压:

vo=-VBE特点：电压增益近似为1，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。静态时电源提供的平均功率：PV=

PVC+PVE+PBiAs=iBiAs·VCC+iBiAs·VEE+iBiAs·(VEE-VBE)

iBiAs·VCC+2iBiAs·VEE

9(2)vI0动态时当vI=VImsint时正半波时vIvBE1vo(vo=VCC-vCE1)负半波时vIvBE1iB1iC1vCE1vovo最大不失真峰值出现在:T1临界截止或T1临界饱和时。Vom最大=VCC-VCES(T1临界饱和电压)T1趋近截止iB1iC1vCE1T1趋近饱和10(a)输出功率Po最大输出功率:(b)效率=Po/PV电路的最高效率:m=Pom/PV11三.带镜象电流源的射极输出器1.电路T1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEER2.功率放大原理(1)vI=0静态时T2,T3,R组成镜象电流源,为T1提供工作电流：IREF=(VEE-VBE)/R这时输出电压:vo=-VBE特点：电压增益近似为1，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。静态时电源提供的平均功率：PV=

PVC+PVE=IREF·VCC+2IREF·VEE

12(2)vI0动态时当vI=VImsint时正半波时vIT1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEERvCE1vo(vo=VCC-vCE1)vo最大不失真正峰值出现在T1临界饱和时:负半波时vIvBE1iB1iC1vCE1vovo最大不失真负峰值出现在:T1截止或T3饱和时。vom+=VCC-VCES(T1临界饱和电压)T1趋近截止,T3趋近饱和13若T1首先截止,则vom-=|-IREFRL|若T3首先出现饱和,则vom-=|-VEE+VCES|

VCES——T3临界饱和电压

(1)输出功率PoT1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEER最大输出功率:或(2)效率=Po/PV电路的最高效率:m=Pom/PV14§4.3乙类双电源互补对称功率放大电路一.电路(1)由一对特性相同的NPN、PNP三极管组成互补对称式射极输出器;(2)采用正、负双电源供电。——也称为互补对称功率放大电路,简称OCL电路。二、静态分析静态时vi=0∵对称

∴VBE1=VEB2=0IC1=IC2=0,VCE1=VEC2=VCCvo=VE=0电源提供功率:PV=0IB1=IB2=0,Q点在哪?交直流负载线怎么画?vi

vo15vi

voic2三、动态分析动态时vi≠0设vi=Vimsint∵Av≈1∴vo=vi-vBE≈vivi,vo波形图示。◆vi正半波T1放大,T2截止

iL=ic1=(VCC-vCE1)/RLVCCiC1vCE1直负线ic1QVomVCC—RL交负线◆vi负半波T2放大,T1截止

iL=ic2=(VCC-vEC2)/RL

ic1~vCE1的动态轨迹(交负线)?交负线方程:vCE1=VCC-ic1RL16可见:T1~T2两管交替工作,在负载上得到完整的正弦波。负载上可能获得的最大电压峰值为:VCC-VCES1.输出功率Po可能获得的最大输出功率:2.管耗PT(BJT消耗的功率)一个管子的管耗:两管管耗:17当Vom≈VCC时效率最高:3.电源供给的功率PV4.效率PV=Po+PT当Vom≈VCC时电源供给功率最大:≤/418≈0.2Pom

Vom=?时PT1最大?令(dPT1)/(dVom)=0,得出:当Vom=2VCC/

=0.64VCC时PT1最大。2.选功率管的原则(1)PCM≥PT1max=0.2Pom(2)|V(BR)CEO|≥2VCC(3)ICM≥VCC/RL

四、功率BJT的选择原则最大管耗和最大输出功率的关系一管管耗:19五.乙类互补对称功放的缺点——存在交越失真当vi≠0时：tvovit交越失真vi有极小部分截止区消除交越失真的措施：——采用甲乙类互补对称功放,使Q点刚刚脱离截止区。20§4.4甲乙类互补对称功率放大电路一.甲乙类双电源互补对称电路1.电路2.静态分析(vi=0时)T3处在放大状态,D1~D2处在导通状态。VBE1=VEB2≠0T1~T2处在微导通状态。IB1=IB2≈0,IC1=IC2≈0,VCE1=VEC2≈VCC电源提供静态功率:PV=2IC1VCC=2IC1VCE1≈0∵对称,两管射极电位:vo=VE=03.动态工作情况D相当于恒压源,动态时相当于短路,对动态无影响。

vI负半周T1放大,T2截止。vI正半周T2放大,T1截止。21(3)管耗PT(BJT消耗的有功功率)一个管子的管耗:4.指标计算——与乙类相同。(1)输出电压vo:当Vom=2VCC/

时PT1最大:(2)输出功率Po:vo≈vc3PT1m≈0.2Pom(4)电源供给的功率PV:PV=Po+2PT1(5)效率:225.缺点:不易调整Q点(VBE)6.电路的改进——通过改变R1、R2可得到合适的VBE1、VEB2。当R1、R2不变时,VCE4是一个定值,这时R1、R2、T4可看作是一个直流电源,动态时相当于短路,对动态无影响。指标计算与乙类相同。VBE1+VEB2=VCE423

2.静态分析(vi=0时)静态时,∵对称VCE1=VEC2=VK=VCC/2IB1=IB2≈0,IC1=IC2≈0这时电容C充电也达到稳态:VC≈VCC/2(RLC>>T信号)3.动态分析(vi≠0时)vi负半周T1放大,T2截止,有电流通过负载RL,同时向C充电二、甲乙类单电源互补对称电路——OTL电路1.电路vi正半周T2放大,T1截止,这时已充电的电容C就可充当电源。24

但注意,在计算Po、PT、P