《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》ch(1)

1、1/46.7.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題2. 功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象2/46.例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電后，往往要去推動一個實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實(shí)際負(fù)載需要的功率儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。很大。

2、能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象3/46.功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn) 1. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)最大輸出功率最大輸出功率PomoooPV I最大輸出功率：在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最最大輸出功率：在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。大交流功率。1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，此，要求同

3、時輸出較大的電壓和電流。要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。管子工作在接近極限狀態(tài)。 （交流功率，電壓和電流均為有效值）（交流功率，電壓和電流均為有效值）oOMOM12PVI（交流功率，電壓和電流均為峰值）（交流功率，電壓和電流均為峰值）4/46.1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象 在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。功放電路中電功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值的極限值: : ICM 、UCEM 、 PCM 。

4、由于信號大，功率放大電。由于信號大，功率放大電路工作的動態(tài)范圍大。路工作的動態(tài)范圍大。必須注意防止波形失真（非線性失真必須注意防止波形失真（非線性失真要小）。要?。?。 ICMPCMUCEMiCuCE5/46.轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率：輸出功率與電源提供的功率之比。：輸出功率與電源提供的功率之比。電源提供的功率電源電壓電源提供的功率電源電壓電源輸出電流平均值（直流功率）。電源輸出電流平均值（直流功率）。1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象 電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（體管及

5、線路上的損失。即注意提高電路的效率（ ）。）。Po : 負(fù)載上得到的交流信號功率。負(fù)載上得到的交流信號功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。100%oEPP6/46.2. 功率放大電路中的晶體管功率放大電路中的晶體管在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能的大，電路中的晶體管一在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能的大，電路中的晶體管一都工作在極限狀態(tài)，工作時的參數(shù)均接近極限參數(shù)。因此，在選擇晶體都工作在極限狀態(tài)，工作時的參數(shù)均接近極限參數(shù)。因此，在選擇晶體管時，要特別注意極限參數(shù)的選擇。管時，要特別注意極限參數(shù)的選擇。3. 功率放大電路的分析方法功率放大電路的分析方法圖解法圖解法

6、5. 功率放大電路的分類功率放大電路的分類甲類功放、乙類功放、甲乙類功放甲類功放、乙類功放、甲乙類功放。1. 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象4. 功率放大電路要解決的問題功率放大電路要解決的問題提高效率；減小失真；管子的保護(hù)提高效率；減小失真；管子的保護(hù)(散熱問題散熱問題)；降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流7/46. 放大電路的工作狀態(tài)放大電路的工作狀態(tài) 根據(jù)放大電路中三極管在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情根據(jù)放大電路中三極管在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，可將放大電路分為下列四種狀態(tài)況，可將放大電路分為下列四種狀態(tài)： 1 1

7、甲類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q處于放大區(qū)負(fù)載線的中處于放大區(qū)負(fù)載線的中間，晶體管在輸入信號的整個周間，晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通。靜態(tài)期都導(dǎo)通。靜態(tài)IC較大，波形好。較大，波形好。 因?yàn)椴徽撚袩o輸入信號，晶體總是處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源要因?yàn)椴徽撚袩o輸入信號，晶體總是處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源要始終不斷的輸送功率，始終不斷的輸送功率，PEUCCICQ。所以。所以效率很低效率很低，5050，理想情況下達(dá)到，理想情況下達(dá)到5050。2. 功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑8/46.2 2 甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點(diǎn)工

8、作點(diǎn)Q處于放大區(qū)偏下的位置，處于放大區(qū)偏下的位置，靠近截至區(qū)，晶體管在輸入信號靠近截至區(qū)，晶體管在輸入信號的半個周期以上都導(dǎo)通。靜態(tài)的半個周期以上都導(dǎo)通。靜態(tài)IC較小。較小。 因?yàn)殪o態(tài)因?yàn)殪o態(tài)IC較小，管耗較低，所較小，管耗較低，所以以效率較高效率較高，但輸出波形被切調(diào)一部但輸出波形被切調(diào)一部分分出現(xiàn)嚴(yán)重失真出現(xiàn)嚴(yán)重失真。3 3 乙類工作狀態(tài)乙類工作狀態(tài)ICUCEOQiCtO 工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q處于截至區(qū)，晶體管在處于截至區(qū)，晶體管在輸入信號的一個周期內(nèi)，只有輸入信號的一個周期內(nèi)，只有半個周期導(dǎo)通。靜態(tài)半個周期導(dǎo)通。靜態(tài)IC0。管耗更。管耗更低，低，效率更高，效率更高，但波形被切掉一但波形被切掉一

9、半，半，嚴(yán)重失真。嚴(yán)重失真。動畫演示動畫演示2. 功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑4 丙類：丙類：導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于1809/46.1. 共射極電路共射極電路直流電流源提供的功率直流電流源提供的功率：（：（ABCO面積）面積）CQCCVIVP RL獲得的最大功率獲得的最大功率：（陰影：（陰影QDE面積）面積）LLRIIRIPCQCQ2CQom212特點(diǎn)：放大器效率低，負(fù)載電阻越小，效特點(diǎn)：放大器效率低，負(fù)載電阻越小，效率越低。率越低。RC和晶體管集電極同時消和晶體管集電極同時消耗功率。不適合作功率放大。耗功率。不適合作功率放大。7.2 甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例

10、10/46.7.2 甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例簡化電路簡化電路帶電流源詳圖的電路圖帶電流源詳圖的電路圖 特點(diǎn)：特點(diǎn)：電壓增益近似為電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。 2. 共集電極電路共集電極電路11/46.電壓與輸入電壓的關(guān)系電壓與輸入電壓的關(guān)系 OI(0.6)Vvv設(shè)設(shè)T1的飽和電壓的飽和電壓VCES0.2V vO正向振幅最大值正向振幅最大值 omCC0.2VVVvO負(fù)向振幅最大值負(fù)向振幅最大值 若若T1首先截止首先截止 LBiASomRIV若若T3首先出現(xiàn)飽和首先出現(xiàn)飽和 om

11、EE0.2 VVV 7.2 射極輸出器射極輸出器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例12/46.7.2 射極輸出器射極輸出器甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例CCEE15VVVBiAS1.85AI 8LRiBiASIvv VVBIAS當(dāng)當(dāng) 放大器的效率放大器的效率 %7 .24%100)(VEVCom PPP效率低效率低13/46.如何解決效率低的問題？如何解決效率低的問題？辦法：辦法：降低降低Q點(diǎn)。點(diǎn)。既降低既降低Q點(diǎn)又不會引起截止失真的辦法：點(diǎn)又不會引起截止失真的辦法：采用采用互補(bǔ)對稱射極輸出電路?；パa(bǔ)對稱射極輸出電路。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但又會引起截止失真。但又會引起截止失真。7.2 甲類放大的實(shí)例甲類放大的

12、實(shí)例14/46. 互補(bǔ)對稱功放的類型互補(bǔ)對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）互補(bǔ)對稱：互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶電路中采用兩支晶體管，體管，NPN、PNP各一支；兩管特性各一支；兩管特性一致。一致。類型：類型： 互補(bǔ)對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當(dāng)互補(bǔ)對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時，由于省去了變壓器而它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器被稱為無輸出變壓器()電路，簡稱電路，簡稱OTL電路。若互補(bǔ)對稱電路直接與負(fù)載

13、相連，輸出電容也省電路。若互補(bǔ)對稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容去，就成為無輸出電容(電路，簡稱電路，簡稱OCL電路。電路。 OTL電路采用單電源供電，電路采用單電源供電， OCL電路采用雙電源供電。電路采用雙電源供電。7.2 甲類放大的實(shí)例甲類放大的實(shí)例15/46.7.3 乙類雙電源互補(bǔ)對稱功乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路率放大電路7.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算7.3.1 電路組成電路組成7.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇16/46. 由一對由一對NPN、PNP特性相同的特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為源供電

14、。這種電路也稱為OCL（Output Capacitorless)互互補(bǔ)對稱功率放大電路。補(bǔ)對稱功率放大電路。一一. 電路組成電路組成7.3.1 電路組成電路組成17/46.CCV1 1、靜態(tài)：、靜態(tài)：電路上下電路上下對稱，所以對稱，所以 v vi i 、 v vo o 靜態(tài)為靜態(tài)為0 0。2 2、動態(tài)（加入正弦動態(tài)（加入正弦信號）：信號）： v vi i 00時，時， T T1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通， T T2 2 截止，輸出截止，輸出v vi i 正半正半周；周；7.3.1 電路組成電路組成動畫演示動畫演示二二. 工作原理工作原理 兩個三極管在信號正、兩個三極管在信號正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)負(fù)半周

15、輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個完整的波形。載得到一個完整的波形。v vi i 0 2V|2VCCCC的功率管。的功率管。 通過功率通過功率BJTBJT的最大集電極電流為的最大集電極電流為V VCCCC/R/RL L，因此選功率，因此選功率BJTBJT的的I ICMCM一般不宜一般不宜低于此值。低于此值。OMCMPP2 . 0LCCCMRVI25/46.練習(xí)練習(xí)1：1. 電路如圖所示。管子T1、T2在輸入信號vi的作用下, 一周期內(nèi)輪流導(dǎo)電約180度，電源電壓Vcc=20V，負(fù)載RL=8，|VCES|=1V，試計(jì)算： 在輸入信號vi10V(有效值)時，電路的輸出功率、管耗、直流電源供給功率和電路的效率

16、。(2)求電路的最大輸出功率和效率。26/46.7.4 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路大電路7.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路27/46.7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路乙類互補(bǔ)對稱電路存在的問題乙類互補(bǔ)對稱電路存在的問題28/46. 嚴(yán)格說，乙類放大嚴(yán)格說，乙類放大輸入信號很小時，達(dá)輸入信號很小時，達(dá)不到三極管的開啟電不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交因此在正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)一些替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真非線性失真，

17、這個失，這個失真稱為真稱為交越失真交越失真。 tuo交越失真交越失真ui t交越失真波形交越失真波形7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路29/46.R1D1D2R2 靜態(tài)時靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管別為二極管D1、 D2的正向?qū)ǖ恼驅(qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)。動態(tài)時：動態(tài)時：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號。正半加入正弦信號。正半周周 T2 截止，截止，T1 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周半周T1截止，截止，T2

18、 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路 7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路30/46.7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路1 1） 靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置可克服交越失真可克服交越失真2 2） 動態(tài)工作情況動態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型二極管等效為恒壓模型設(shè)設(shè)T3已有合適已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路交流相當(dāng)于短路 克服交越失真克服交越失真31/46.7.4.1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互

19、補(bǔ)對稱電路BE4221CE4VRRRV VBE4可認(rèn)為是定值可認(rèn)為是定值 R1、R2不變時，不變時，VCE4也也是定值，可看作是一個直流是定值，可看作是一個直流電源。電源。 32/46.1、特點(diǎn)、特點(diǎn)(2) 單電源供電；單電源供電；(3) 輸出加有大電容。輸出加有大電容。2、靜態(tài)分析、靜態(tài)分析 T1、T2 特性對稱，特性對稱，CCA,2UU CCC2UU CCi2Uu T2+C+UCC0.5UCCRLuiT1A+uo-UC(1) 兩個兩個BJT均接成射級輸出器的形式；均接成射級輸出器的形式；7.4.2 乙類單電源互補(bǔ)對稱電路乙類單電源互補(bǔ)對稱電路一、 單電源互補(bǔ)功率放大電路（無輸出變壓器(OT

20、L)）33/46.UCC 直流電基礎(chǔ)上加入正弦信號。直流電基礎(chǔ)上加入正弦信號。電容相當(dāng)于電源，若輸出電容相當(dāng)于電源，若輸出電容足夠大，電容足夠大， UCUCC ，負(fù)，負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失半周對稱，但存在交越失真。真。ic1ic2交越失真交越失真當(dāng)當(dāng) 時，時，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；CCi2Uu 當(dāng)當(dāng) 時，時，T1截止、截止、T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。CCi2Uu 0.5UCCuit兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作，兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作，稱為稱為乙類放大乙類放大。T2+C+UCC0.5UCCRLuiT1A+uo-UC7.4.2 乙類單電源互補(bǔ)

21、對稱電路乙類單電源互補(bǔ)對稱電路34/46.7.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路靜態(tài)時，偏置電路使VKVCVCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)有信號vi時負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過負(fù)載RL，同時向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C通過負(fù)載RL放電。只要滿足RLC T信，電容C就可充當(dāng)原來的VCC。計(jì)算Po、PT、PV和PTm的公式必須加以修正，以VCC/2代替原來公式中的VCC。 1、實(shí)際電路、實(shí)際電路135/46.7.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路（1） 靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置（2）動態(tài)工作情況）動態(tài)工作情況 調(diào)整R1、R2阻值的大小，可使CCK

22、21VV 此時電容上電壓CCC21VV 此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。2、實(shí)際電路、實(shí)際電路2推動互補(bǔ)對稱電路推動互補(bǔ)對稱電路推動互補(bǔ)對稱電路推動互補(bǔ)對稱電路36/46. 3、實(shí)際電路3 帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時靜態(tài)時CCK21VV C3充電后，其兩充電后，其兩端有一固定電壓端有一固定電壓動態(tài)時動態(tài)時由于C3很大，兩端電壓基本不變，使D點(diǎn)電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2,這種工作方式稱為自舉。7.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路自舉電路自舉電路自舉電路自舉電路37/46.38/46.R1T1T2+UCCR2D1D2uoRFuiR2R1+ -UCC解解: :電壓并聯(lián)負(fù)反饋。電壓并聯(lián)負(fù)反饋。39/46.（1）靜態(tài)電流Ic1、Ic2；（2）按深度反饋計(jì)算電壓放大倍數(shù)；（3）計(jì)算最大不失真的輸出電壓峰值和輸入電壓峰值；（4）計(jì)算不失真最大輸出功率和效率。已知圖示電路中各三極管的均為60，VBE均為0.7v，飽和壓降VCES練習(xí)2：40/46.電路如圖所示，已知T1和