模擬電子技術基礎 第7章 功率放大電路

Chapter7功率放大電路1主要內(nèi)容概述互補推挽功率放大電路功率管的使用和保護2§7.1概述功率放大器的用途和特點功放提高效率的主要途徑3模擬電子設備的四大部分如圖：~電壓放大器功率放大器負載（換能器）把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量為了獲得大的輸出功率，必須使：1、輸出信號電壓大；2、輸出信號電流大；3、放大電路的輸出電阻與負載匹配。高效率地向負載提供失真不大的額定功率，以驅(qū)動執(zhí)行機構把微弱的信號電壓放大，是小信號放大器信號源7.1.1功率放大器的用途和特點4對功放電路的要求1、輸出功率盡可能大2、效率高為獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓、電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子通常在極限狀態(tài)下工作。主要技術指標：最大輸出功率Pom。功率放大器的輸出功率是由直流電源能量轉(zhuǎn)換得到的。其轉(zhuǎn)換能力稱為效率，即PT：耗散在管子集電極上的功率，稱管耗53、非線性失真小4、功放管的散熱問題5、分析方法由于功率放大器工作在大信號狀態(tài)，不可避免要產(chǎn)生非線性失真。且輸出功率越大，失真越大。實際中需在獲得最大功率的同時，盡可能把非線性失真限制在允許的范圍內(nèi)。功放管在極限運用時，iC最大值接近ICM，Po接近PCM，且有相當大功率消耗在集電結上，要考慮功放管的散熱和保護問題。在大信號下，小信號模型已不再適用，需采用圖解分析法。67.1.2功放提高效率的主要途徑

PT

管子在信號一周期內(nèi)導通時間越短，相應管耗越小，效率就越高。

在低頻功放電路中，按管子集電極電流流通時間的不同可分為：甲類放大乙類放大甲乙類放大7甲類：Q點設在放大區(qū)中部，整個信號周期內(nèi)iC≥0甲乙類：管子在靜態(tài)時微導通，信號半周期以上iC≥0。乙類：Q點設在截止區(qū)邊緣，信號半周期內(nèi)iC≥0。

最低，

≤50%。失真最小。

最高，

可接近78.5%。失真最大。

略低于乙類。8§7.2互補推挽功率放大電路乙類互補推挽放大電路甲乙類互補推挽放大電路單電源互補推挽放大電路乙類和甲乙類放大的效率較高，但波形嚴重失真。為解決效率和失真的矛盾，需要在電路結構上采取措施。97.2.1乙類互補推挽放大電路1、電路結構T1為NPN管，與負載RL組成正向跟隨ui的射極輸出器；T2為PNP管，與負載RL組成反向跟隨ui的射極輸出器；10當輸入信號ui=0時，Q？IC1=IC2=0，UCE1=UCE2=VCCuo=0112、工作原理當ui

處于正半周時，T1導通，T2截止，電流iC1通過負載RL。

當ui為負半周時，T2導通，T1截止，電流iC2通過負載RL。T1、T2輪流導通，在負載RL上合成一個完整的不失真波形。利用兩個特性對稱的反型BJT互相補足的特點，完成推挽放大功能，故稱雙電源供電的互補對稱推挽功率放大器。123、主要參數(shù)估算設輸入信號：ui=Uimsinωt輸出信號電壓幅值：

Uom

Uim輸出信號電流幅值：

Iom=Icm131）輸出功率PoUom

UimIom=Icm管子極限運用時，2）直流電源供給的功率Pv互補推挽電路中，正、負電源在一周內(nèi)輪流供電，故電源提供的總功率為：管子極限運用時，143）效率η管子極限運用時，4）管耗PTT1、T2在信號一周內(nèi)輪流導通，則PT1=PT2。乙類工作時，靜態(tài)管耗為零PT是Uom的二次函數(shù)?？捎肞T對Uom求導的辦法求出其最大值：15當時，PT取得最大值。T1、T2在信號一周內(nèi)輪流導通，則

PT1=PT2。PT165）功率管參數(shù)的選擇

U(BR)CEO的選擇

ICM的選擇

PCM的選擇T1導通T2截止時，T2所承受的最大反壓為T1、T2的最大反壓為17

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、負半周交替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真，這個失真稱為交越失真。交越失真圖7.2.2甲乙類互補推挽放大電路181、交越失真問題交越失真的含義tuo交越失真uit當輸入信號ui為正弦波時，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真便為交越失真。iBiBuBEtuitUT交越失真產(chǎn)生的原因在于晶體管特性存在非線性，

ui

<UT以前晶體管導通不好。19克服交越失真的措施（1）、電路中增加Ｒ１、Ｄ２、Ｄ２、R2支路R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2靜態(tài)時，T1、T2兩管發(fā)射結電位分別為二極管D1，D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)；動態(tài)時，設ui加入正弦交流信號。正半周，T2截止，T1進入良好的導通狀態(tài)；負半周，T1截止，T2

進入良好的導通狀態(tài)。20為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結電位配合，克服交越失真，電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。（2）、UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBIUUBE合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)的電壓。圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設I>>IB，則212、甲乙類互補推挽電路為消除交越失真，可給T1、T2一很小的偏置電壓，使其在靜態(tài)時處于微導通狀態(tài)，工作在甲乙類。二極管提供偏置UBE倍增電路提供偏置227.2.3單電源互補推挽放大電路

R1、R2、Re提供合適的直流偏置，并使當ui≤0，T2導電，iC2流過RL，同時向C充電；當ui≥0，T3導電，C通過RL放電。1、OTL電路(OutputTransformerLess)23由于T2、T3的工作電壓均為0.5VCC，因而Po、PT、Pv等的計算，只須將乙類互補電路指標計算中的VCC代之以0.5VCC即可。就可用一個電源VCC和一個電容C代替雙電源。設ui的下限頻率為fL，電容C的大小若滿足：242、帶自舉的OTL電路無C3時，電路的最大輸出電壓幅度較理想時小。R3、C3為自舉電路。靜態(tài)時，C3充電至當ui≤0，T2導電，由于C3足夠大，UC3不變，則UK

UG

Uom+

257.2.4采用復合管的互補對稱放大電路

復合管可由兩個或兩個以上的三極管組合而成。它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。無論由相同或不同類型的三極管組成復合管時，必須：1、在前后兩個三極管的連接關系上，應保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流的實際方向一致。2、外加電壓的極性應保證前后兩個三極管均為發(fā)射結正偏，集電結反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。26becibic

1

2晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。復合NPN型復合PNP型becibic1、復合管的結構與參數(shù)272、復合管組成的互補對稱放大電路T1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1T3VT4T3、T4很難互補對稱T3、T4可實現(xiàn)互補對稱VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re228§7.3功率管的使用和保護1、功率管的散熱問題功率管的集電極損耗會使管子發(fā)熱，結溫上升。當結溫超過允許值時（鍺管約100oC，硅管約200oC）將燒壞管子。故必須給功放管加散熱片。必要時還可采用風冷、水冷、油冷等方法來散熱。292、功率管的安全使用和保護1）安全使用

管子應工作在安全區(qū)內(nèi)，且留有充分的余量。大功率管須加散熱器以提高PCM。

避免產(chǎn)生過壓和過流。如不要將負載開路、短路或過載，不允許電源電壓有較大波動等。2）采用適當?shù)谋Ｗo措施

加接過壓、過流保護電路。

在感性負載兩端并容性網(wǎng)絡。

功放管的輸入、輸出端并保護二極管或穩(wěn)壓管。30習題7-1在圖P7-1所示的互補對稱電路中，已知VCC=6V，RL=8?，假設三極管的飽和管壓降為UCES=1V。①試估算電路的最大輸出功率Pom；②估算電路中直流電源消耗的功率PV和效率η。解：①如果忽略UCES，則R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C131②如果忽略UCES，則如果忽略UCES，則R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C132習題7-2在圖P7-1所示電路中，①三極管的最大功耗等于多少？②流過三極管的最大集電極電流等于多少？③三極管集電極和發(fā)射極之間承受的最大電壓等于多少？④為了在負載上得到最大功率Pom,輸入端應加上的正弦波電壓有效值大約等于多少？R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C1解：①每個三極管的最大管耗：如果忽略UCES，則33②流過三極管的最大集電極電流③三極管集電極和發(fā)射極之間承受的最大電壓：如果忽略UCES，則如果忽略UCES，則④射極輸出器，Uim

≈

Uom=VCC–UCES=5V如果忽略UCES，則Uim=Uom≈VCC

=6V,

Ui≈4.243V34習題7-3在圖P7-3所示的互補對稱電路中，已知VCC=6V，RL=8?，設三極管的UCES=1V。①估算最大輸出功率Pom；②估算直流電源消耗的功率PV和效率η

。將本題結果與習題4-1進行比較。解：①如果忽略UCES，則R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-35如果忽略UCES，則可見，

在同樣的VCC和RL之下，OCL電路的Pom比OTL電路大得多（大致為四倍）。同時OCL電路的PV也比OTL電路大得多（也大致為四倍）。最終，兩種電路的效率基本相同。②如果忽略UCES，則R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-36習題7-4在圖P7-3所示電路中，①估算三極管的最大功耗；②估算三極管的最大集電極電流；③估算三極管集電極和發(fā)射極之間承受的最大電壓；④為了在負載上得到最大功率Pom,電路輸入端應加上的正弦電壓有效值為多少？將以上估算結果與習題4-2進行比較。R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-解：①每個三極管的最大管耗：如果忽略UCES，則37②流過三極管的最大集電極電流③三極管集電極和發(fā)射極之間承受的最大電壓：如果忽略UCES，則如果忽略UCES，則④射極輸出器，Uim

≈

Uom=0.5VCC–UCES=2V如果忽略UCES，則Uim=Uom≈0.5VCC=3V,

Ui≈2.12V38可見，

在同樣的VCC和RL之下，OCL電路的PCM大約是OTL電路的四倍，OCL電路的ICM大約是OTL電路的兩倍，OCL