4-功率放大電路

1、第四章第四章 功率放大電路功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn)4.2互補(bǔ)對稱式功率放大電路互補(bǔ)對稱式功率放大電路4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱式放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱式放大電路4.4集成功率放大器集成功率放大器4.1 主要特點(diǎn)一、功率放大電路研究的問題一、功率放大電路研究的問題二、對功率放大電路的要求二、對功率放大電路的要求三、晶體管的工作方式三、晶體管的工作方式四、功率放大電路的種類四、功率放大電路的種類 1. 性能指標(biāo)：輸出功率和效率。：輸出功率和效率。 若已知若已知Uom，則可得則可得Pom。L2omomRUP 最大輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。最大

2、輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。 2. 分析方法：因大信號作用，故應(yīng)采用圖解法。：因大信號作用，故應(yīng)采用圖解法。 3. 晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。 在功放中，晶體管集電極或發(fā)射極電流的最大值接近在功放中，晶體管集電極或發(fā)射極電流的最大值接近最大集電極電流最大集電極電流ICM，管壓降的最大值接近，管壓降的最大值接近c(diǎn)-e反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)CEO， 集電極消耗功率的最大值接近集電極最大耗集電極消耗功率的最大值接近集電極最大耗散功率散功率PCM 。稱為工作在。稱為工作在極極限狀態(tài)。限狀態(tài)。一、功率放大電路研究的問題二、對功率放大電路的要求

3、1. 1.輸出功率盡可能大:即在電源電壓一定的情況下，最即在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大。大不失真輸出電壓最大。2. 效率盡可能高: 即電路損耗的直流功率盡可能小，靜即電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為態(tài)時功放管的集電極電流近似為0。3. 非線性失真?。篞IBQUBEQ三、晶體管的工作方式1. 甲類方式：晶體管在信號的整個周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)：晶體管在信號的整個周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)2. 乙類方式：晶體管僅在信號的半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)：晶體管僅在信號的半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)3. 甲乙類方式：晶體管在信號的多半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)：晶體管在信號的多半個周期處于導(dǎo)

4、通狀態(tài)4. 丙類方式三極管的工作狀態(tài)三極管的工作狀態(tài) 功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為靜態(tài)時的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。乙類或甲乙類工作狀態(tài)。四、四、 變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路 輸入信號增大，輸出功率如何變化？輸入信號增大，輸出功率如何變化？ 輸入信號增大，管子的平均電流如何變化？輸入信號增大，管子的平均電流如何變化？ 輸入信號增大，電源提供的功率如何變化？效率如何變化？輸入信號增大，電源提供的功率如何變化？效率如何變化？做功放適合嗎？做功放適合嗎？1.單管甲

5、類電路單管甲類電路為什么管壓降會為什么管壓降會大于電源電壓？大于電源電壓？2. 2.乙類推挽電路乙類推挽電路（現(xiàn)在用在特大功率電路中）（現(xiàn)在用在特大功率電路中） 信號的正半周信號的正半周T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、導(dǎo)通、T1截止。截止。 兩只管子交替工作，稱為兩只管子交替工作，稱為“ 推挽推挽 ”。設(shè)。設(shè) 為常量，則負(fù)載為常量，則負(fù)載上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。2CESCComUVUiBBEu04.2互補(bǔ)對稱式功率放大電路互補(bǔ)對稱式功率放大電路一、一、OTL 乙類互補(bǔ)對稱電路乙類互補(bǔ)對稱電路1

6、、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析設(shè)電路完全對稱，設(shè)電路完全對稱，2/21CCBBVUU 2/21CCEEVUU 021 BBII輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周： VCCT1CRL地地 C 充電。充電。2.工作原理工作原理輸入電壓的負(fù)半周：輸入電壓的負(fù)半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放電。放電。問問:電容兩端電壓是多少？電容兩端電壓是多少？CCCEScmLC1C2L/2, VUIiiiR2)2(CESCComUVU1.原理電路出現(xiàn)的問題：原理電路出現(xiàn)的問題：2. 產(chǎn)生的原因：考慮三極管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓，在正半周，產(chǎn)生的原因：考慮三極管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓，在正半周，ui=0到到ui=0.

7、7v之間，兩個三極管均截止，電流為零。之間，兩個三極管均截止，電流為零。3. 改進(jìn)措施：使發(fā)射結(jié)在靜態(tài)的時候弱導(dǎo)通，即靜態(tài)基極改進(jìn)措施：使發(fā)射結(jié)在靜態(tài)的時候弱導(dǎo)通，即靜態(tài)基極有一較小電流流過。有一較小電流流過。tuIOtiC1OtuOOtiC2O2. OCL電路輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周： VCCT1RL地地輸入電壓的負(fù)半周：輸入電壓的負(fù)半周： 地地RL T2 VCC兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。同樣會出現(xiàn)交越失真，措施同同樣會出現(xiàn)交越失真，措施同OTL電路。電路。2CESCComUVU靜態(tài)時，靜態(tài)時，UEQ UBQ0。4.

8、2.2 互補(bǔ)輸出級的分析計算1、輸出功率2、效率3、晶體管的極限參數(shù)一、一、OCL互補(bǔ)對稱電路的互補(bǔ)對稱電路的估算估算然后求出電源的平均功率，然后求出電源的平均功率，CCC(AV)VVIP效率效率VomPPL2omomRUP在已知在已知RL的情況下，先求出的情況下，先求出Uom，則則1、求解輸出功率和效率的方法：忽略忽略IBCCLVRCCLVRT1,T2工作在射極輸工作在射極輸出器狀態(tài)，出器狀態(tài)，AV1。圖解法：圖解法：一、輸出功率一、輸出功率2CESCComUVUL2CESCCom2)(RUVP數(shù)值較大數(shù)值較大不可忽略不可忽略大功率管的大功率管的UCES常為常為23V。二、效率LCESCCC

9、CCC 0 LCESCCV)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(RUVP%5 .7844 CCCESCCVom VUVPP電源電電源電流流3. 3. 晶體管的極限參數(shù)（三極管的選擇）晶體管的極限參數(shù)（三極管的選擇）CMLCCmaxCIRViCEO(BR)CCmaxCE2UVutRtUtUVP d sin) sin(21LOM 0 OMCCTPT對對UOM求導(dǎo)，并令其為求導(dǎo)，并令其為0，可得，可得CCCCOM 6 . 02VVU求求PCM 問題：問題：在輸出功率最大時，在輸出功率最大時，因管壓降最小，故管子損耗不大；輸出因管壓降最小，故管子損耗不大；輸出功率最小

10、時，因集電極電流最小，故管功率最小時，因集電極電流最小，故管子損耗也不大。子損耗也不大。管子功耗與輸出電壓峰值的關(guān)系為管子功耗與輸出電壓峰值的關(guān)系為管壓降管壓降發(fā)射極電流發(fā)射極電流L22CCTmax RVP0om0om2TmaxL2CComCESCESCES2 . 0220UUPPPRVPU，則，則若若因此，選擇晶體管時，其極限參數(shù)因此，選擇晶體管時，其極限參數(shù)L2CCmaxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM22 . 02RVPPVuURViI將將UOM代入代入PT的表達(dá)式，可得的表達(dá)式，可得理想情況理想情況二、二、OTL 乙類互補(bǔ)電路主要參數(shù)的估算乙類互補(bǔ)電路主要參數(shù)的估算

11、CESCCcem2UVU 最大輸出電壓：最大輸出電壓：LCESCCCCcmCCcmCCVRUVVIVttdIVP )2/()(sin120%5 .784 CCCESCCVUVPP 2/2Vom(2)(2) 效率效率當(dāng)滿足條件：當(dāng)滿足條件：UCES VCC/（2RL）b）集電極最大允許反向電壓）集電極最大允許反向電壓c）集電極最大允許耗散功率）集電極最大允許耗散功率PCMCCCEScmL/2VUIR(BR)CEOU(BR)CEOCCUV2CCCMTmTmomL 0 20 22,.VPPPPR4.3 采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱式放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱式放大電路前述功放電路中的問題？前述功放電路中的

12、問題？4.3.1 復(fù)合管復(fù)合管組成原則：組成原則：1.前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流 的實(shí)際方向一致；的實(shí)際方向一致； 2. 外加電壓的極性應(yīng)保證復(fù)合管中的管子都工作在外加電壓的極性應(yīng)保證復(fù)合管中的管子都工作在 放大區(qū)；放大區(qū)； 3. 兩進(jìn)一出是兩進(jìn)一出是NPN管，一進(jìn)兩出是管，一進(jìn)兩出是PNP管。管。例：試分析例：試分析(a)圖和圖和(b)圖中的復(fù)合管的接法是否正確；如果正確，圖中的復(fù)合管的接法是否正確；如果正確，說明復(fù)合管的類型，指出相應(yīng)的電極，列出復(fù)合管的說明復(fù)合管的類型，指出相應(yīng)的電極，列出復(fù)合管的 和和 的表達(dá)式。的表達(dá)式。12

13、1b e b er r 步驟：步驟：1.標(biāo)出每個三極管的電流方向；標(biāo)出每個三極管的電流方向； 2.判斷判斷b、c、e極；極； 3.求出求出ic與與ib的關(guān)系（即求出的關(guān)系（即求出 和和 ）；）；ber4.3.2復(fù)合管組成的互補(bǔ)對稱放大電路復(fù)合管組成的互補(bǔ)對稱放大電路+VCC-VCCRb1Rb2uORLuiC1VT1VT3VT2VT4RbVD1VD2+VCC-VCCRb1Rb2uORLuiC1VT1VT3VT2VT4RbVD1VD2Re1Rc2準(zhǔn)互補(bǔ)對稱放大電路準(zhǔn)互補(bǔ)對稱放大電路Re1、Rc2是為了調(diào)整功率管是為了調(diào)整功率管VT3、VT4的靜態(tài)工作點(diǎn)而設(shè)置的。的靜態(tài)工作點(diǎn)而設(shè)置的。例題：習(xí)題例題

14、：習(xí)題4-10討論討論一一：1.圖示各電圖示各電路屬于哪種功放？路屬于哪種功放？2.說明圖說明圖1 中中C2和和R的作用？的作用？圖圖1：圖圖2：8討論二討論二: :說出圖說出圖1 1、圖、圖2 2中兩種接法的電壓增益各是多少中兩種接法的電壓增益各是多少? ?圖圖1：圖圖2： LM386的一般用法：討論一3. 最大輸出功率和效率的表達(dá)式；最大輸出功率和效率的表達(dá)式；1. 指出圖中放大電路部分；指出圖中放大電路部分；2. 說明電路中是否引入了級間反饋，是直流反饋還是交流反饋，說明電路中是否引入了級間反饋，是直流反饋還是交流反饋，若若為交流負(fù)反饋則說明其反饋組態(tài)；為交流負(fù)反饋則說明其反饋組態(tài)；4. 說明如何估算在輸出最大功率時輸入電壓的有效值；說明如何估算在輸出最大功率時輸入電壓的有效值；5. 說明說明D1D3和和RW的作用，的作用，C1C4的作用；的作用；6. 說明哪些元件構(gòu)成過流保護(hù)電路及其原理。說明哪些元件構(gòu)成過流保護(hù)電路及其原理。CComL2omomL8LCESCCom4 ,2 ,2VURUPRRRUVUuuAUUUUAomiio,10清華大學(xué) 華成英 討論三：出現(xiàn)下列故障時，將產(chǎn)生什么現(xiàn)象出現(xiàn)下