電子技術基礎課件-09

1、第九講 功率放大電路一一. .概述與分類概述與分類二二. .甲類功率放大電路甲類功率放大電路三三. .互補對稱功率放大電路分類互補對稱功率放大電路分類四四. .OCL放大電路放大電路 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 功率放大電路功率放大電路：在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大；功率放大電路功率放大電路通常處于放大電路的末極，推動執(zhí)行機構；功通常處于放大

2、電路的末極，推動執(zhí)行機構；功率放大電路率放大電路以輸出較大功率為目的以輸出較大功率為目的；本節(jié)課的功率放大電路主要是放大電流。本節(jié)課的功率放大電路主要是放大電流。功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 一一. .概述與分類概述與分類1.1.功率放大電路的特點功率放大電路的特點(1)輸出功率盡可能大輸出功率盡可能大: 為了實現(xiàn)盡可能大的輸出功率，要求放大器的電壓和電流都要有足夠大的輸出幅度，三極管往往處于極限工作狀態(tài)。注意：不能超出過壓、過流、過損耗區(qū)。(2)高效率高效率: 放大電路電源VCC的輸出功率為總功率，表示PE；有效輸出的功率(負載得

3、到的交流信號功率)為PO; PE與PO的差值為PT，即放大電路的損耗。關系式為：oTEPP=P100%PPEo 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 (3)非線性失真非線性失真: 非線性失真即輸入為正弦信號，輸出為畸變波形。 不同場合對失真指標要求不同： 工業(yè)控制允許一定的信號失真； 高檔音響不允許一點點失真。(4)有效散熱有效散熱: 功率芯片溫度范圍-45+125 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 2.2.功率放大電路的分類功率放大電路的分類CESUCEQUouCEu甲類：甲類：Q Q點適中，在正弦信點適中，在正弦信號的整個周期內均有電流流號的整個周期內均有電流流過過BJTBJT

4、。甲乙類：甲乙類：介于兩者之介于兩者之間，導通角大于間，導通角大于180180乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0 0，BJTBJT只在正弦信號的半個周期只在正弦信號的半個周期內均導通。內均導通。丙類：丙類：介于兩者之間，介于兩者之間，導通角小于導通角小于180180 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCCiCuCEQ2ICQVCC(a)甲類放大器甲類放大器(b)乙類放大器乙類放大器(c)甲乙類放大器甲乙類放大器(d)丙類放大器丙類放大器iCuCEQ4ICQVCC 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 ： 在一個信號周期內都有電

5、流流過晶體管在一個信號周期內都有電流流過晶體管管子的導通角為管子的導通角為360360o o 靜態(tài)電流大于靜態(tài)電流大于0 0，管耗大，效率低，管耗大，效率低功放：功放： 管子只有半個周期內導通管子只有半個周期內導通管子的導通角為管子的導通角為180180o o靜態(tài)電流等于靜態(tài)電流等于0 0，效率高，效率高功放：功放： 管子的導通時間大于半個周期但是小管子的導通時間大于半個周期但是小于一個周期，比半個周期稍多些于一個周期，比半個周期稍多些功放：功放： 管子導通時間小于半個周期管子導通時間小于半個周期 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 二二. .甲類功率放大電路甲類功率放大電路+uVCCL

6、Rb1RiIcuceQuCEQICQ甲類放大器功耗可分為靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。甲類放大器功耗可分為靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗。 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：若若CCCEQVU21的靜態(tài)功耗相等的靜態(tài)功耗相等三極管和負載電阻三極管和負載電阻LRCQCEQTIUP CQCCEIVP 電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21則則1.1.甲類靜態(tài)功耗甲類靜態(tài)功耗所用靜態(tài)功耗均由直流信號產生，均為無用功。所用靜態(tài)功耗均由直流信號產生，均為無用功。因此，要求靜態(tài)功耗越小越好！因此，要求靜態(tài)功耗越小越好！ 第二章 基本放大電路 2.9功率放大

7、電路 2.2.甲類動態(tài)功耗甲類動態(tài)功耗UomIomiCuCEQUCEQICQVCCo1222omomomomUIPUI最大輸出功率最大輸出功率: :CQCComIVP )21(21輸出功率輸出功率: :12omomccCQUVII0.25omEPP電源輸出功率電源輸出功率: :220011()(sin)22ECCCCCCQcmCCCQPVi dtVIIt d tVI輸出效率輸出效率: : 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 小結：小結：輸入信號越大，輸入信號越大，P Po o, , 越大。越大。P Po o越小，管耗越大，靜態(tài)管耗最大，等于電源供給功率。越小，管耗越大，靜態(tài)管耗最大，等于

8、電源供給功率。甲類功放最高效率為甲類功放最高效率為50%50%。要管子安全工作的重要參數(shù)是要管子安全工作的重要參數(shù)是PCM、ICM和和U(BR)CEO。效率低的主要原因是靜態(tài)損耗大。效率低的主要原因是靜態(tài)損耗大。 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 三三. .互補對稱功率放大電路分類互補對稱功率放大電路分類 解決乙類放大電路失真問題的方法：解決乙類放大電路失真問題的方法：用兩個工作用兩個工作在乙類狀態(tài)的下的放大器，分別放大輸入的正、負半周在乙類狀態(tài)的下的放大器，分別放大輸入的正、負半周信號，使負載上獲得一個完整的波形。信號，使負載上獲得一個完整的波形。 廣泛使用的該類電路有：廣泛使用的該

9、類電路有： OTL( OTL(需要大電容充放電需要大電容充放電) ) OCL( OCL(直接連接直接連接) ) BTL( BTL(四晶體管構成橋式電路四晶體管構成橋式電路) ) 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 1. OTL1. OTL電路電路2CCEBiVUUu輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周：VCCT1CRL地地 C 充電。充電。輸入電壓的負半周：輸入電壓的負半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放電。放電。C 足夠大，才能認為其對交流信號相當于短路。足夠大，才能認為其對交流信號相當于短路。OTL電路低頻特性差。電路低頻特性差。靜態(tài)時：靜態(tài)時： 第二章 基本放大電路

10、 2.9功率放大電路 2.OCLOCL電路輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周： VCCT1RL地地輸入電壓的負半周：輸入電壓的負半周： 地地RL T2 VCC兩只管子交替導通，兩路電兩只管子交替導通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。源交替供電，雙向跟隨。靜態(tài)時，靜態(tài)時，UEQ UBQ0。ui 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 3 3. BTL. BTL電路電路 輸入電壓的正半周：輸入電壓的正半周：VCC T1 RL T4地地輸入電壓的負半周：輸入電壓的負半周：VCC T2 RL T3地地缺點：缺點：(1)是雙端輸入、雙端輸出形式，輸入信號、負載電是雙端輸入、雙端輸出形式，輸入信號、負載電阻

11、均無接地點。阻均無接地點。(2)管子多，損耗大，使效率低。管子多，損耗大，使效率低。 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 +-ui+uo_RBRLT+VccbceuuVCCVCCoiLR互補對稱：互補對稱： 電路中采用兩個晶體電路中采用兩個晶體管：管：NPNNPN、PNPPNP各一支；各一支； 兩管特性一致，組成互兩管特性一致，組成互補對稱式射極輸出器。補對稱式射極輸出器。四四. .OCL放大電路放大電路 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 利用利用NPNNPN管和管和PNPPNP管，設計以管，設計以Q Q點為對稱點的點為對稱點的輸出特性曲線輸出特性曲線 第二章 基本放大電路 2.

12、9功率放大電路 1.1.OCLOCL工作原理工作原理靜態(tài)時：靜態(tài)時：ui = 0V ie1、ie2均均=0（乙類工作（乙類工作狀態(tài)）狀態(tài)） uo = 0V動態(tài)時：動態(tài)時：ui 0VT T1 1截止，截止，T T2 2導通導通ui 0VT1導通，導通，T2截止截止iL= ie1 ;iL=ie2uiuo 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 2 2. .OCLOCL輸出功率及效率輸出功率及效率CESCComUVU數(shù)值較大數(shù)值較大不可忽略不可忽略L2CESCCL2om2)(2/RUVRUPom(1)(1)輸出功率輸出功率uiuo 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 (2)(2)效率效率LC

13、ESCCCCCC 0 LCESCCE)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(RUVPCCCESCCEom4 VUVPP電源電源電流電流uiuo 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 (3)(3)理想工況理想工況在管壓降在管壓降U UCESCES可忽略不計的理想工況下：可忽略不計的理想工況下：L2CCom2RVPL2CCE2RV P%5 .784 EomPP在實際電路中，在實際電路中，U UCESCES一般為一般為2-3V2-3V，因此不能一省了之！，因此不能一省了之！ 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 3 3. .OCLOCL電路晶體管參數(shù)選擇電路晶

14、體管參數(shù)選擇應考慮晶體管三類參數(shù)：應考慮晶體管三類參數(shù)：最大管壓降最大管壓降集電極最大電流集電極最大電流最大功耗最大功耗 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 (1)(1)最大管壓降最大管壓降CEO(BR)CCmaxCE2UVu(2)(2)集電極最大電流集電極最大電流CMLCCmaxCIRViLCESCCRUVimaxC考慮留有一定的余量考慮留有一定的余量(3)(3)集電極最大功耗集電極最大功耗思考：思考：當輸入信號愈大，則輸出功率愈大，那么管耗就一當輸入信號愈大，則輸出功率愈大，那么管耗就一定愈大嗎？定愈大嗎？問題等效為，求解問題等效為，求解PT是否為是否為Uom的增函數(shù)。的增函數(shù)。 第

15、二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 LCESCCCCCC 0 LCESCCE)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(RUVPCESCComUVUuiuoTPPP2omE412omomCCLTUUVRPPT對對Uom求導，并令其為求導，并令其為0，可得，可得CCCCom 6 . 02VVUomTmax2 . 0PP將將Uom=0.6Vcc代入代入PT可得可得 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 omPPPVuURViI2 . 02maxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM參數(shù)選擇總結：參數(shù)選擇總結： 第二章 基本放大電路 2.9功率放大電路 4 4. .OCLOCL電路交越失真電路交越失真 嚴格說，輸入信號很小時，達不到三極管的開啟嚴格說，輸入信號很小時，達不到三極管的開啟電壓，三極管不導電。因此在正、負半周交替過零處電壓，三極管不導電。因此在正、負半周交替過零處會出現(xiàn)一些會出現(xiàn)一些非線性失真非線性失真，這個失真稱為，這個失真稱為交越失真交越失真。 第二章 基本放大電路