电子科技模拟电路基础第6章10课时

Chap6模拟集成单元电路（10学时，第4,5课）

例1：扩音系统执行机构功放的作用→用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取6.7功率放大器电压型负载；电流型负载；功率型负载例2：温度控制R1-R3：标准电阻Va:基准电压Rt

：热敏电阻A：电压放大器RtTvO室温T

温度调节过程VbvO1voR1aR2VCC+R3Rt

功放b温控室A+-vo1加热元件最大集射电压BVCEO→避免反偏的集电结击穿；

最大集电极电流ICmax→避免连接PN结至封装引脚之间的导线融化；

最大功率PTmax→避免功率过大而导致的热烧坏。6.7.1功率管的极限参数Note：PTmax≠BVCEOICmaxICmaxPTmaxBVCEOIcvCE为保证BJT的安全运用，必须做到以下几方面：避免发生集电结的击穿避免集电结过热，集电极的功率损耗应低于最大容许值。工作时不应进入二次击穿区若三极管工作于一次击穿的时间不长，则这种现象是可逆的，但二次击穿会给BJT留下永久的损伤。功率管的安全应用避免导线融化例6.24BJT功率管电路及其安全工作区。ICmaxPTmaxBVCEOIcvCE结论→晶体管在静态时消耗的功率最大。可得出现最大功耗时的集电极电流为：3.晶体管处于大信号工作状态，非线性失真比小信号放大器严重。其指标可用总谐波失真（即非线性失真）系数THD来衡量。2.电源提供的能量应尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失，即要注意提高功放的效率。4.功放电路不能用小信号等效电路分析，一般采用图解分析法对其输出功率、效率等指标进行粗略估算。功放的特点和指标→1.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（ICmax

BVCEO

PTmax）。根据功率管在电路中工作时在一个正弦信号周期内的导通时间的多少，功率放大器主要分为四种基本类型：6.7.2功率放大器的分类①直流偏量②负载线③效率1.甲类功放→导通角360度2.乙类功放→导通角180度3.甲乙类功放→导通角大于180度4.丙类功放→导通角小于180度主要知识点→1.甲类功放→以基本的共射放大电路为例进行讨论：假设静态工作点Q位于直流负载线的中间位置，即最大动态范围点→图6.57基本的共射放大电路及其直流负载线甲类功率放大器的功率及效率的分析→忽略基极电流，BJT消耗的瞬时功率为：假设输入为正弦信号，则：→Ip和Vp分别为集电极正弦电流、集射正弦电压的振幅。负载电阻RL的瞬时功率为：满激励输出→功放不出现削波失真的最大输出。晶体管的瞬时耗散功率与时间的关系曲线考虑极限时的情况：Ip=ICQ，Vp=VCC/2，则BJT消耗的瞬时功率为：负载的最大平均信号功率为：①总谐波失真(THD)；②功率效率：负载获得的信号平均功率占电源提供的总平均功率的比例。衡量功率放大器好坏的参数→直流电压源VCC提供的平均功率为：

最大效率为：结论：甲类功放的最大平均管耗是最大输出功率的2倍。例6.25共源极电路中，电路参数为VDD=10V，RD=5k；场效应管参数为K=1mA/V2，VT=1V，=0。为减小非线性失真，设不失真输出电压的范围在临界点和VDS=9V之间，计算电路的效率。题型：计算甲类功率放大器的效率。直流负载线方程为：在临界点：联立以上三个方程，得临界点方程为：分析→要想获得最大不失真输出电压，需要使静态工作点Q位于临界点VDSt=1.32V和VDS=9V的中间位置，则：负载电阻上的最大振幅为：获得的信号最大平均功率为：直流电压源提供的平均功率为：1.甲类功放的效率非常低；若再考虑直流偏置电路等的功率损耗，甲类功放的效率在10％～20％之间。有关甲类功放的讨论→2.在分立元件电路中，可以通过使用电感或变压器来提高甲类功放的转换效率，达到近50％。图6.59(a)电感耦合甲类功放(b)直流和交流负载线电路分析：在直流时，电感相当于短路，在高频交流信号作用时相当于开路，因此交流电流可全部耦合到负载上。忽略电感自身的电阻，假设RE足够小，则：为了得到最大不失真输出信号，静态工作点设置于交流负载线的中间位置，即：i.用电感代替集电极电阻，最大效率可提高一倍→假设信号频率最低时仍满足L>>RL，则：

静态集射电压VCEQVCC负载上电流的最大幅值为ICQ，忽略偏置电阻R1、R2消耗的功率，则：图6.60用变压器将信号耦合到负载的共射放大电路及其交、直流负载线ii.用变压器将信号耦合到负载时，最大效率可提高一倍→忽略变压器自身的电阻，假设RE足够小，则：负载电阻等效到变压器初级后的电阻为：由于理想变压器不消耗功率，所以：式中VCC和ICQ是负载上正弦信号的最大幅值。2.乙类功放因为甲类功放的静态工作点设置在放大区交流负载线的中点，所以晶体管本身要消耗功率，同时负载本身也消耗直流功率（如图6.57(a)所示电路）。为了减小甚至基本消除晶体管本身的功耗和负载本身的直流功耗，采用推挽输出电路。图6.61由两个互补对称BJT构成的推挽功放互补对称→电路中采用NPN、PNP晶体管特性一致。无输出电容的互补对称功放电路（OCL电路）→电路的结构特点：①

由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成；②

双电源供电；③

输入输出端不加隔直电容。ic1ic2动态分析：(忽略导通压降）vi

0V→Q1截止，Q2导通vi>0V→Q1导通，Q2截止→iL=ic1

;vi-VCCQnQpvo+VCCRLiL→iL=ic2乙类功放特点2→Qn、Qp都只在半个周期内工作。故不需要隔直电容。静态分析：vi=0V→Qn、Qp均不工作

→

vo=0V一.工作原理（设vi为正弦波）乙类功放特点1→静态工作电流为零。乙类放大的输入输出波形关系→死区电压ViVoV"oV´otttt交越失真：输入信号vi在过零前后，输出信号出现的失真。交越失真vi-VCCQnQpvo+VCCRLiL乙类功放特点3→存在交越失真。VLmax①负载上得到的最大功率为：iL-VCCRLviQnQPvo+VCC若忽略晶体管的饱和压降，则RL上的电压和电流的最大幅值分别为：二.参数计算流过每个电源的电流为半个正弦波，其平均值为:②则两个电源提供的总功率为：tic1当满激励时：结论→OCL电路效率较高；但电流、电压波形存在失真。分析单管最大平均管耗PT1max与PLmax的关系→

即输出电流振幅为满激励电流振幅的63.7％时，单管有最大平均管耗→单管最大平均管耗PT1max与最大输出功率PLmax的关系：结论：乙类功放单管最大平均管耗是最大输出功率的20%。乙类功放的效率在50%~78.5%之间。乙类功放存在的问题→输入电压在-0.7V<vI<0.7V之间时，没有一个BJT导通，负载上的电压为零，导致输出的波形失真。交越失真：由晶体管交替工作时产生的的失真图6.62(a)电压传输特性图6.62(b)交越失真甲类乙类甲类的输出波形不失真，但转换效率较低；乙类的转换效率较高，但输出波形失真。如何使得电路既获取较高的转换效率，又使输出波形不失真？？从电路的结构入手!!甲类、乙类功放的优缺点3.甲乙类功率放大器克服交越失真：在静态时给每个晶体管加上一个很小的直流偏置，使输入交流电压在整个周期内的所有值上都在负载上产生输出。3.1采用二极管偏置的甲乙类功率放大器→实用互补推挽功放电路3.2采用VBE倍增器提供偏量的甲乙类功率放大器→晶体管Q1及电阻R1和R2由电流源IBias提供直流偏置，而Q1及R1和R2又为互补推挽电路提供偏置电压。若忽略基极电流，则：Qn和Qp的基极之间的电压为：根据对VBB的要求来设计倍增因子的大小。3.3采用射极跟随器提供直流偏置的甲乙类功率放大器→电阻R1、R2和Q1、Q2构成的两个射极跟随器为互补推挽放大器提供直流偏置。当vI>0↑时，iE1、iB1↓→iR1↓→VR1↓→vB3↑vB3↑→iE3↑→vo>0↑iE2、iB2↑→iR2↑→VR2↑→vB4↑vB4↑→iE4↓→vo<0↓忽略R3和R4上的压降以及Q3和Q4的基极电流，有：由于输出级是射极跟随器电路，所以输出电流为：电路对称时，两管发射极连接点的电压为VCC/2。当电路工作于乙类状态时，电容C成了VT2导通的直流供电电源。电容C两端的电压变化量要小，因此，要求电容的容量应足够大，且工作频率越低，电容容量越大。推导可得当最低工作频率下电容的容抗小于电阻的1/20时，方可保证电容上的电压变化不超过VCC/20，即：3.4单电源甲乙类功率放大器→相同导通特性的器件复合后仍为原导通特性；不同导通特性的器件复合后的导通特性取决于驱动管。3.5复合BJT及准互补推挽功率放大器→复合管→又称