第08章功率放大器(康華光)

第4章功率放大器重點(diǎn)：1.了解功率放大器的類型；2.掌握功率放大器的計(jì)算方法。1§4.1功率放大電路的一般問題一.什么是功率放大器——以輸出較大功率為目的的放大電路。

因此,功放要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動負(fù)載,帶載能力要強(qiáng)。二.功放電路的特點(diǎn)1.輸出功率Po盡可能大;2.電路的效率(=Po/PE)盡可能高;Po——負(fù)載上得到的交流信號功率PE——直流電源提供的功率3.不能出現(xiàn)波形失真,電路參數(shù)不能超過晶體管極限值;即:(1)IC<ICM;(2)VCE<VCEM

;(3)IC×VCE<PCM4.具有良好的散熱措施和保護(hù)電路。2三.功放電路的分析方法1.靜態(tài)分析與前述方法相同。目的求靜態(tài)值、靜態(tài)功耗。2.動態(tài)分析由于功放中管子工作在大信號狀態(tài),故不能采用小信號法分析動態(tài),只能畫交流通路,采用圖解法分析動態(tài)。目的求輸出功率Po,效率,管耗PT等。四、放大器的工作狀態(tài)1.甲類工作狀態(tài)——晶體管在輸入信號的整個(gè)周期都導(dǎo)通,導(dǎo)通角=360o,波形好。但靜態(tài)IC較大,管耗大效率低。ICVCEoQiCto3ICVCEoQiCtoICVCEOQiCtO2.乙類工作狀態(tài)

3.甲乙類工作狀態(tài)——晶體管只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,導(dǎo)通角=180o,靜態(tài)IC=0,管耗小效率高,但波形嚴(yán)重失真?！w管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期,導(dǎo)通角>180o,靜態(tài)IC0,管耗較小效率較高,不失真,一般功放常采用。4.丙類工作狀態(tài)——導(dǎo)通角小于180°4§4.2甲類功率放大器實(shí)例一.共射極放大器1.靜態(tài)分析目的:求Q點(diǎn),靜態(tài)管耗

,電源提供功率(1)Q點(diǎn)計(jì)算方法與第2章相同。工作周期交流通路viRb–vo+RL+VCCRbRL+vi–+vo–ioiCvceVCEQICQVCCVCC——RLQvce,ic

的動態(tài)范圍=vo,io

的動態(tài)范圍交負(fù)線5(2)BJT的靜態(tài)功耗PT——靜態(tài)時(shí)三極管消耗的平均功率PT靜=ICQ·VCEQ=VCEQ·(VCC-VCEQ)/RL當(dāng)VCEQ=VCC/2時(shí)PT靜最大(3)靜態(tài)時(shí)電源提供的平均功率

PVC靜=ICQ·VCC——vi=0(靜態(tài)時(shí))三極管放大電路依然在耗能。viRb–vo+RL+VCCiCvceVCEQICQVCCVCC——RLQ62.動態(tài)分析(vi0時(shí))目的:求Po,,PT(1)輸出功率Po要想獲Po大,必須使Vom和Iom都要大。什么條件下Po最大不失真?這時(shí)最大輸出功率:VomIom功率三角形Po最大條件：(1)當(dāng)Q點(diǎn)處在交流負(fù)載線VCES~ICEO的中點(diǎn);(2)管子工作在接近極限狀態(tài)時(shí)。iCQVCEQICQVCCvCEVCESVCC——RL下一頁7(2)動態(tài)時(shí)電源提供的平均功率PVC=ICQ·VCC(4)甲類功率放大器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):信號不失真。缺點(diǎn):靜態(tài)功率大,輸出功率小,效率低。m=Pom/PVC0.25若忽略VCES:(3)電路的效率定義:=Po/PVC電路的最高效率:當(dāng)Q在中點(diǎn)時(shí):上一頁=PVC靜8二.射極輸出器(共集電極放大器)1.電路2.功率放大原理(1)vI=0靜態(tài)時(shí)IC=iBiAsVCE=VCC-VBE這時(shí)輸出電壓:

vo=-VBE特點(diǎn)：電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。靜態(tài)時(shí)電源提供的平均功率：PV=

PVC+PVE+PBiAs=iBiAs·VCC+iBiAs·VEE+iBiAs·(VEE-VBE)

iBiAs·VCC+2iBiAs·VEE

9(2)vI0動態(tài)時(shí)當(dāng)vI=VImsint時(shí)正半波時(shí)vIvBE1vo(vo=VCC-vCE1)負(fù)半波時(shí)vIvBE1iB1iC1vCE1vovo最大不失真峰值出現(xiàn)在:T1臨界截止或T1臨界飽和時(shí)。Vom最大=VCC-VCES(T1臨界飽和電壓)T1趨近截止iB1iC1vCE1T1趨近飽和10(a)輸出功率Po最大輸出功率:(b)效率=Po/PV電路的最高效率:m=Pom/PV11三.帶鏡象電流源的射極輸出器1.電路T1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEER2.功率放大原理(1)vI=0靜態(tài)時(shí)T2,T3,R組成鏡象電流源,為T1提供工作電流：IREF=(VEE-VBE)/R這時(shí)輸出電壓:vo=-VBE特點(diǎn)：電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。靜態(tài)時(shí)電源提供的平均功率：PV=

PVC+PVE=IREF·VCC+2IREF·VEE

12(2)vI0動態(tài)時(shí)當(dāng)vI=VImsint時(shí)正半波時(shí)vIT1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEERvCE1vo(vo=VCC-vCE1)vo最大不失真正峰值出現(xiàn)在T1臨界飽和時(shí):負(fù)半波時(shí)vIvBE1iB1iC1vCE1vovo最大不失真負(fù)峰值出現(xiàn)在:T1截止或T3飽和時(shí)。vom+=VCC-VCES(T1臨界飽和電壓)T1趨近截止,T3趨近飽和13若T1首先截止,則vom-=|-IREFRL|若T3首先出現(xiàn)飽和,則vom-=|-VEE+VCES|

VCES——T3臨界飽和電壓

(1)輸出功率PoT1T2T3RLvI+vo-IREFio+VCC-VEER最大輸出功率:或(2)效率=Po/PV電路的最高效率:m=Pom/PV14§4.3乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路一.電路(1)由一對特性相同的NPN、PNP三極管組成互補(bǔ)對稱式射極輸出器;(2)采用正、負(fù)雙電源供電?！卜Q為互補(bǔ)對稱功率放大電路,簡稱OCL電路。二、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)vi=0∵對稱

∴VBE1=VEB2=0IC1=IC2=0,VCE1=VEC2=VCCvo=VE=0電源提供功率:PV=0IB1=IB2=0,Q點(diǎn)在哪?交直流負(fù)載線怎么畫?vi

vo15vi

voic2三、動態(tài)分析動態(tài)時(shí)vi≠0設(shè)vi=Vimsint∵Av≈1∴vo=vi-vBE≈vivi,vo波形圖示。◆vi正半波T1放大,T2截止

iL=ic1=(VCC-vCE1)/RLVCCiC1vCE1直負(fù)線ic1QVomVCC—RL交負(fù)線◆vi負(fù)半波T2放大,T1截止

iL=ic2=(VCC-vEC2)/RL

ic1~vCE1的動態(tài)軌跡(交負(fù)線)?交負(fù)線方程:vCE1=VCC-ic1RL16可見:T1~T2兩管交替工作,在負(fù)載上得到完整的正弦波。負(fù)載上可能獲得的最大電壓峰值為:VCC-VCES1.輸出功率Po可能獲得的最大輸出功率:2.管耗PT(BJT消耗的功率)一個(gè)管子的管耗:兩管管耗:17當(dāng)Vom≈VCC時(shí)效率最高:3.電源供給的功率PV4.效率PV=Po+PT當(dāng)Vom≈VCC時(shí)電源供給功率最大:≤/418≈0.2Pom

Vom=?時(shí)PT1最大?令(dPT1)/(dVom)=0,得出:當(dāng)Vom=2VCC/

=0.64VCC時(shí)PT1最大。2.選功率管的原則(1)PCM≥PT1max=0.2Pom(2)|V(BR)CEO|≥2VCC(3)ICM≥VCC/RL

四、功率BJT的選擇原則最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系一管管耗:19五.乙類互補(bǔ)對稱功放的缺點(diǎn)——存在交越失真當(dāng)vi≠0時(shí)：tvovit交越失真vi有極小部分截止區(qū)消除交越失真的措施：——采用甲乙類互補(bǔ)對稱功放,使Q點(diǎn)剛剛脫離截止區(qū)。20§4.4甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路1.電路2.靜態(tài)分析(vi=0時(shí))T3處在放大狀態(tài),D1~D2處在導(dǎo)通狀態(tài)。VBE1=VEB2≠0T1~T2處在微導(dǎo)通狀態(tài)。IB1=IB2≈0,IC1=IC2≈0,VCE1=VEC2≈VCC電源提供靜態(tài)功率:PV=2IC1VCC=2IC1VCE1≈0∵對稱,兩管射極電位:vo=VE=03.動態(tài)工作情況D相當(dāng)于恒壓源,動態(tài)時(shí)相當(dāng)于短路,對動態(tài)無影響。

vI負(fù)半周T1放大,T2截止。vI正半周T2放大,T1截止。21(3)管耗PT(BJT消耗的有功功率)一個(gè)管子的管耗:4.指標(biāo)計(jì)算——與乙類相同。(1)輸出電壓vo:當(dāng)Vom=2VCC/

時(shí)PT1最大:(2)輸出功率Po:vo≈vc3PT1m≈0.2Pom(4)電源供給的功率PV:PV=Po+2PT1(5)效率:225.缺點(diǎn):不易調(diào)整Q點(diǎn)(VBE)6.電路的改進(jìn)——通過改變R1、R2可得到合適的VBE1、VEB2。當(dāng)R1、R2不變時(shí),VCE4是一個(gè)定值,這時(shí)R1、R2、T4可看作是一個(gè)直流電源,動態(tài)時(shí)相當(dāng)于短路,對動態(tài)無影響。指標(biāo)計(jì)算與乙類相同。VBE1+VEB2=VCE423

2.靜態(tài)分析(vi=0時(shí))靜態(tài)時(shí),∵對稱VCE1=VEC2=VK=VCC/2IB1=IB2≈0,IC1=IC2≈0這時(shí)電容C充電也達(dá)到穩(wěn)態(tài):VC≈VCC/2(RLC>>T信號)3.動態(tài)分析(vi≠0時(shí))vi負(fù)半周T1放大,T2截止,有電流通過負(fù)載RL,同時(shí)向C充電二、甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路——OTL電路1.電路vi正半周T2放大,T1截止,這時(shí)已充電的電容C就可充當(dāng)電源。24

但注意,在計(jì)算Po、PT、P