模電-第4章功率電子電路

第四章功率放大器4.1概述4.2乙類功率放大器

4.3甲乙類功率放大器*4.4VMOS管功率放大器4.1概述例：擴音系統(tǒng)實際負載什么是功率放大器？

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、儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器功率放大電壓放大信號提取電壓放大器功率放大器放大電壓信號獲得大的輸出功率AuRiRoPo=UoIo小信號——微變等效電路分析法大信號——圖解法一.功放電路的特點（2）功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。

ICMPCMUCEM（1）輸出功率Po盡可能大Icuce(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應盡可能多地轉換給負載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po:負載上得到的交流信號功率。PE:電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護問題二.甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ2.動態(tài)功耗（當輸入信號Ui時）輸出功率:

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom

和Iom

都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導通角大于180°iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導通。iCuCEQ2ICQVCC一.結構4.2乙類功率放大器乙類狀態(tài)的NPN、PNP射極跟隨器互補組成對稱式功放LR＋uＴ１VCCoui－VCCＴ２LRuiuo二、工作原理ic1

靜態(tài)時：動態(tài)時:(設ui為正弦波)T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。ui=0VIc1=Ic2=0（乙類狀態(tài)）

uo=0Vui

負半周T1截止，T2導通ui

正半周T1導通，T2截止io=ic1io=ic2＋－uuＴ1Ｔ2VCCVCCoiLRio形成uo正半周形成uo負半周ic2Po=0PT=0PE=0uo=VCC-uCE|△uo|=|△

uCE|

Uom=Ucemio=iCIom=Icm三、分析計算——圖解法IcmUcem

負載上的最大不失真輸出電壓為(極限值）

Uom=Ucem=VCC-UCES≈VCCuCEiC1iC2QVCCUCES動畫演示最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po三、分析計算一個管子的管耗2.管耗PT兩管管耗3.電源供給的功率PE當4.效率最高效率max四．三極管的最大管耗

使PT1對Uom求導，并令導數(shù)=0，有：求得：管耗：最大管耗：選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．3.例：乙類互補對稱功率放大電路如圖所示，Vcc=15V,負載RL=8Ω，請選擇功率管的參數(shù)。選：

PCM0.2PoM=2.8W輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓動畫演示乙類互補對稱功放的缺點4.3甲乙類功率放大器

靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)；負半周T1截止，T2

基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。結構：電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

一.甲乙類雙電源互補對稱電路功率、效率的計算套用乙類公式，誤差在允許的范圍內(nèi)。uB1tUTtiBIBQ波形關系：ICQiCuBEiBib特點：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導通時間大于半個周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQ2.帶前置放大級的甲乙類功率放大器

R2

D——克服交越失真T3——前置級(甲類狀態(tài)）T1T2——互補對稱功放（甲乙類狀態(tài)）（計算同乙類）R3和R4——穩(wěn)定輸出電流3.電路中增加復合管增加復合管的目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對,擴大電流的驅(qū)動能力。1

2復合NPN型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構成復合管的規(guī)則：1)

應保證發(fā)射結正偏，集電結反偏；2)

復合管類型與第一只管子相同。4.帶復合管的OCL互補輸出功放電路：

T1：電壓推動級（前置級）

T2、R1、R2：UBE擴大電路

T3、T4、T5、T6：復合管構成互補對稱功放

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。單電源供電；輸出加有大電容。（作用：負電源、耦合）（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類單電源互補對稱電路

調(diào)整RW阻值可使電容上電壓1、結構2、工作原理C隔斷直流

IO=0UO=0RW—引入負反饋，提高穩(wěn)定性。UPUB4IB4IC4UC4UP（2）動態(tài)分析（電容起到了負電源的作用）ui負半周時，T1導通、T2截止；ui正半周時，T1截止、T2導通。供電總電壓：VCC-UC=VCC/2供電電壓：UC=-VCC/2功率、效率的計算套用雙電源互補對稱功放的公式將原VCC換為VCC/2ic1ic2（3）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：電路使用單電源，有輸出電容，沒有輸出變壓器，稱為OTL電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．3.此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到VCC/2。輸出交流電壓的極限值：Uom≈VCC/2UP2.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時C1充電后，其兩端有一固定電壓VCC/2動態(tài)時C1、R7為自舉電路Auo向正方向上升時，由于C1很大，兩端電壓基本不變，A點電位隨輸出電壓升高而升高。使得R8上的交流電位也大幅上升，這就是自舉效應。保證輸出幅度達到VCC/2?？偨Y：互補對稱功放的類型

互補對稱功放的類型雙電源電路又稱OCL電路（無輸出電容）單電源電路又稱OTL電路（無輸出變壓器）小結1、功率放大電路是在大信號下工作，通常采用圖解法進行分析。研究的重點是如何在允許的失真情況下，盡可能提高輸出功率和效率。

2、正確理解功率放大器的特點及甲類，乙類和甲乙類的概念。與甲類功率放大電路相比，乙類互補對稱功放的主要優(yōu)點是效率高，在理想情況下，其最大效率約為78.5%。為保證BJT安全工作，雙電源互補對稱電路工作在乙類時，器件的極限參數(shù)必須滿足：PCM＞PT1≈0.2Pom，|V(BR)CEO|＞2VCC，ICM＞VCC/RL。3、由于BJT輸入特性存在死區(qū)，工作在乙類的互補對稱電路將出現(xiàn)交越失真。常利用二極管或VBE擴大電路進行偏置的甲乙類互補對稱電路克服失真。

4、