第五章功率放大電路課件

第五章功率放大電路信息工程學(xué)院電子技術(shù)基礎(chǔ)課程組5.功率放大電路引言功率放大電路的一般問(wèn)題乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器集成功率放大器功率器件作業(yè)射極輸出器——甲類放大的實(shí)例共射極甲類放大電路其它類型互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

7/27/2023TAKEAREST7/27/2023引言

7/27/2023功率放大電路的一般問(wèn)題功率放大器的特點(diǎn)（P134）對(duì)功率放大電路的一般要求功率放大器的分類小信號(hào)、低功率輸出的放大電路中，三極管都工作在線性區(qū)，要求向負(fù)載輸出不失真的電壓信號(hào)，分析方法可以采用小信號(hào)模型法，關(guān)心的指標(biāo)包括增益A、輸入電阻Ri

、輸出電阻Ro等，輸出信號(hào)的失真是可以忽略不計(jì)的；功率輸出電路則不同，要求輸出一定不失真功率，電流、電壓值都很大，小信號(hào)模型不再適用，多采用圖解分析方法；關(guān)心的指標(biāo)則是輸出功率Po、管耗PT、直流電源供給功率PV、效率η等；用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器一類的低阻負(fù)載。

7/27/2023對(duì)功放的一般要求提高效率的同時(shí)降低三極管本身的管耗減小輸出信號(hào)的非線性失真現(xiàn)象能驅(qū)動(dòng)如揚(yáng)聲器般的低阻負(fù)載能有效地將結(jié)溫控制在最大允許的范圍之內(nèi)，即散熱問(wèn)題輸出功率盡可能地大采取保護(hù)措施使功率放大器工作在安全工作區(qū)Angleoffloworconductionangle

7/27/2023功放的分類根據(jù)晶體管在正弦信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間（導(dǎo)通角θ，直接關(guān)系到輸出功率的效率）,分為甲類、乙類、甲乙類、丙類4種：ClassA:=360ClassB:=180ClassAB:180<<360ClassC:

<180

7/27/2023射極輸出器——甲類放大的實(shí)例1共集電極電路(射極輸出器)電壓增益近似為1、電流增益為（1+β），所以有明顯的功率放大作用輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，常用做多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。

7/27/2023射極輸出器——甲類放大的實(shí)例2靜態(tài)分析（直流通路）Q動(dòng)態(tài)分析（圖解法）vi在正半周↑→鏡像電流源保證穩(wěn)定的偏置電流直到飽和，繼而出現(xiàn)飽和失真；此時(shí)最大不失真輸出為：vi在負(fù)半周↓→直至T1截止或T3飽和（通常不考慮T3率先飽和）

7/27/2023射極輸出器——甲類放大的實(shí)例3功率和效率的計(jì)算例8.2.1設(shè)電路如圖所示。VCC=VEE=15V，IBIAS=1.85A，RL=8Ω。vI=VBIAS+vi，在偏置電壓源VBIAS=0.6V作用下，當(dāng)vi=0時(shí)，輸出電壓vO≈0。若vi為正弦信號(hào)電壓，試計(jì)算最大輸出功率Pom、T1的管耗PT1

、電流源的損耗和效率η最大不失真輸出求最大輸出功率Pom求管耗和電源損耗、求放大電路的效率顯然，靜態(tài)管耗是轉(zhuǎn)換效率不高的原因。降低靜態(tài)管耗，可以從設(shè)法降低Q點(diǎn)入手→甲乙類和乙類工作方式的功率放大器。

7/27/2023求管耗、電流源損耗、效率輸出功率最大時(shí)理想情況下，電阻負(fù)載的甲類功放最高效率也只能達(dá)到25%；變壓器類負(fù)載的效率不超過(guò)50%

7/27/2023乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路組成工作原理分析計(jì)算功率BJT的選擇一對(duì)互補(bǔ)的PNP和NPN型三極管構(gòu)成推拉式輸出級(jí)正、負(fù)直流電源供電靜態(tài)或功率管不導(dǎo)通的半個(gè)周期內(nèi)，晶體管沒有電流通過(guò)，管耗為零；雖減少了靜態(tài)功耗，所以效率與甲類功放相比較高（理論值可達(dá)78.5%），但出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真，是以犧牲線性為代價(jià)的。

7/27/2023乙類功放電路組成

7/27/2023乙類功放工作原理1)vi=0時(shí)，為靜態(tài)vitovoto2)vi正半周時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止3)vi負(fù)半周時(shí)，T2導(dǎo)通，T1截止功率管在信號(hào)的正半周或負(fù)半周內(nèi)導(dǎo)通，導(dǎo)通角為180°。

7/27/2023乙類功放分析計(jì)算負(fù)載上的輸出平均功率：最大不失真平均功率Pom：（2）轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算（1）輸出功率的計(jì)算（3）功率管的功率損耗PT的計(jì)算（4）PT1、PV、PO的相關(guān)曲線最大輸出功率與阻抗匹配

7/27/2023最大輸出功率與阻抗匹配

7/27/2023轉(zhuǎn)換效率η的計(jì)算若忽略放大管的飽和管壓降，乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放的最大效率可達(dá)

7/27/2023功率管功率損耗PT的計(jì)算功率放大電路的功率損耗實(shí)際上是BJT三極管的功率損耗，即晶體管集電結(jié)上的功耗。一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的平均管耗為：求最大值：選擇功率管的依據(jù)之一

7/27/2023平均管耗

7/27/2023相關(guān)曲線對(duì)常規(guī)坐標(biāo)做線性變換，以為橫坐標(biāo)軸x，為縱坐標(biāo)軸y

直觀地表達(dá)各項(xiàng)性能指標(biāo)的特征規(guī)律：管耗最大的時(shí)候是在中間的某個(gè)位置

7/27/2023相關(guān)曲線與特征規(guī)律

7/27/2023功率BJT的選擇每只BJT的最大允許管耗PCM必須大于0.2Pom;例8.3.1電路如圖所示,設(shè)VCC=12V,RL=8Ω,功率BJT的極限參數(shù)為ICM=2A,｜V（BR）CEO｜=30V，PCM=5W。試求：（1）最大輸出功率Pom，并檢驗(yàn)所給出的BJT是否能安全工作？（2）放大電路在η=0.6時(shí)的輸出功率Po

7/27/2023例8.3.1解：⑴求Pom，并檢驗(yàn)BJT的安全工作情況=（12V）2/2×8Ω=9W通過(guò)BJT的最大集電極電流：最大管耗：BJTc、e極間的最大壓降：iCmax=VCC/RL=12V/8Ω

=1.5AvCEm

=2VCC=24VPT1m≈0.2Pom=0.2×9W=1.8W求得的iCm

、

vCEm

和

PT1m

，均應(yīng)分別小于極限參數(shù)ICM

、∣

V（BR）CEO

∣和

PCM，BJT方能安全工作。⑵求η=0.6時(shí)的Po

值:Vom=9.2V

7/27/2023甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類功放的優(yōu)勢(shì)與缺陷？死區(qū)導(dǎo)致交越失真（DEADBAND→CROSSOVERDISTORTION）采用近乙類的甲乙類工作方式可以有效地消除交越失真

7/27/2023交越失真

7/27/2023甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放(OCL)1偏置電路：甲乙類工作方式可以消除交越失真假設(shè)VBB/2=VBE1=VBE2，則vi=0時(shí)，兩個(gè)功率管均導(dǎo)通，同時(shí)vo=0利用二極管提供偏置的甲乙類雙電源輸出級(jí)：利用vBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路：

7/27/2023甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放2利用二極管提供偏置的甲乙類雙電源輸出級(jí)：由二極管建立起來(lái)的靜態(tài)偏置(Quiescentbias

)使T1、T2在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，基本上可以消除交越失真，實(shí)現(xiàn)線性放大，但是大小比較難控制根據(jù)瞬時(shí)極性(instantaneouspolarity

)，vI<0時(shí)，T1管導(dǎo)通；vI>0時(shí)，T2管導(dǎo)通；其特性參數(shù)的計(jì)算同乙類放大，效率略低于乙類放大。T3管前置放大級(jí)，T1、T2構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱的推拉式輸出級(jí)

7/27/2023甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放3利用vBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路：只要從工藝上保證VBE4恒定，就可以通過(guò)調(diào)整R1、R2的大小來(lái)獲得T1、T2所需要的偏置電壓T4、R1、R2共同為T1、T2提供合適的偏置條件，在可以忽略IB4的情況下

7/27/2023甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放(OTL)基本電路：信號(hào)負(fù)半周時(shí)，T2導(dǎo)通，C充電信號(hào)正半周時(shí)，T1導(dǎo)通，C放電采用單電源的互補(bǔ)對(duì)稱電路：通過(guò)調(diào)整R1、R2的值來(lái)確保電容C上的電壓為：可視為負(fù)電源

7/27/2023其它類型功率放大電路1采用復(fù)合管(達(dá)林頓)的OCL電路：采用一對(duì)同型號(hào)的大功率管和一對(duì)異型號(hào)的互補(bǔ)的小功率管各自構(gòu)成復(fù)合管來(lái)取代互補(bǔ)對(duì)稱管，所以又稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱（Quasicomplementarycircuit）功率放大器。

7/27/2023其它類型功率放大電路2橋式推挽功率放大電路(BTL電路)：在輸入信號(hào)vi正半周時(shí)，T1、T3導(dǎo)通，T2，T4截止，負(fù)載電流由VCC經(jīng)T1，RL，T3流到虛地端；在輸入信號(hào)vi負(fù)半周時(shí)，T2、T4導(dǎo)通，T1，T3截止，負(fù)載電流由VCC經(jīng)T2，RL，T4流到虛地端。實(shí)質(zhì)仍然為乙類推挽放大電路相同條件下，輸出功率為OTL電路的4倍，電源利用率高；效率在理想情況下，仍近似為78.5%。

7/27/2023集成功率放大器在集成運(yùn)放的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)；在安全性、轉(zhuǎn)換效率、輸出功率和保真度方面有特殊的要求。電路內(nèi)部通常引入的是深度負(fù)反饋有過(guò)熱、過(guò)電流、過(guò)電壓等保護(hù)電路功率器件的散熱與功率BJT的二次擊穿問(wèn)題常用BJT集成功率放大器舉例：LM380

7/27/2023LM380（封裝與符號(hào)）

7/27/2023LM380（內(nèi)部原理圖）

7/27/2023LM380（典型應(yīng)用1）

7/27/2023LM380（典型應(yīng)用2）

7/27/2023作業(yè)8.3.48.4.4、8.4.5

7/27/2023素材1iC1iC2QiB=常數(shù)AB00vCE

VCES

VCES

Icm2IcmVcem2VcemiC1QiB=常數(shù)AB0v