模電課件第八章

1、第8章 功率放大電路本章主要內(nèi)容1.1. 基本概念：基本概念： 三極管的甲類、乙類和甲乙類三極管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)工作狀態(tài)； 交越失真交越失真2.2. PO（輸出功率）；（輸出功率）； POM（最大輸出功率）；（最大輸出功率）； 3. PV（電源供給的功率）（電源供給的功率）= = PO+ +PT；本章本章主要講述功率放大電路的主要講述功率放大電路的基本原理基本原理和和基本分基本分析方法及計(jì)算析方法及計(jì)算。4.4. PT（管耗）（管耗）5.5. （效率）（效率）= = PO/ /PV；6.6. 雙電源互補(bǔ)對稱電路工作在乙類時(shí)，雙電源互補(bǔ)對稱電路工作在乙類時(shí)，BJTBJT器件安全工作必

2、須要滿器件安全工作必須要滿足的極限參數(shù)（足的極限參數(shù)（3 3個(gè)）：個(gè)）：PCM，V(BR)CEO，ICM目 錄8.1 功率放大電路的一般問題8.2 射極輸出器甲類放大的實(shí)例8.5 集成功率放大器返 回8.4 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路8.3 乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路8.1 功率放大電路的一般問題一.什么是功率放大電路？返回能夠能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱的放大電路稱為為功率放大電路，簡稱，簡稱功放。v 二者無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制二者無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制與轉(zhuǎn)換。與轉(zhuǎn)換。二.功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？不同之處在哪里？v

3、 不同之處在于：不同之處在于：各自追求的指標(biāo)不同。各自追求的指標(biāo)不同。電壓放大電路：電壓放大電路：功率放大電路：功率放大電路：主要要求主要要求使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，其輸出功率并不一定很大；通常為其輸出功率并不一定很大；通常為小信號(hào)小信號(hào)放大電路。放大電路。主要要求主要要求獲得盡可能大的不失真（或失真獲得盡可能大的不失真（或失真較?。┹敵龉β屎娃D(zhuǎn)換效率較?。┹敵龉β屎娃D(zhuǎn)換效率，通常是在，通常是在大大信號(hào)信號(hào)狀態(tài)下工作。狀態(tài)下工作。三.功率放大電路的特點(diǎn)1.要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。接近極限狀態(tài)。2

4、.一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。3.允許輕微的非線性失真。允許輕微的非線性失真。四.功率放大電路中的特殊問題1. 輸出功率要大；輸出功率要大；2. 效率要高；效率要高；VOPP 輸出功率電源提供的功率越大，效率越高越大，效率越高3. 非線性失真要?。环蔷€性失真要?。?. 管耗較大，要考慮散熱問題；管耗較大，要考慮散熱問題；5. 功放管的保護(hù)問題。功放管的保護(hù)問題。注意一點(diǎn)由于功放管處于大信號(hào)下工作，故分析功率放大電路時(shí)通常采用圖解法。四.功率放大電路提高效率的主要途徑問題1原來的共射放大電路能不能用作功率放大電路？【分析【分析】QICQ電壓放大電路中電壓放大電

5、路中Q點(diǎn)要盡可能設(shè)置到中間的位置，點(diǎn)要盡可能設(shè)置到中間的位置，且在沒有且在沒有交流信號(hào)交流信號(hào)輸入時(shí)，輸入時(shí)，仍存在靜仍存在靜態(tài)量態(tài)量IBQ，ICQ，VCEQQ【參見教材P383圖8.1.1(a)】ICQv 甲類放大電路的特點(diǎn)：稱為甲類放大電路在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流在整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過放大器件，即過放大器件，即在一周期在一周期內(nèi)內(nèi)iC0。v 甲類放大電路的缺點(diǎn)：管耗大管耗大故電壓放大電路不適宜作為功率放大電路！效率低效率低max=50%【分析【分析】問題2那么，怎樣才能使電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)換效率呢？Q【參見教材P383圖8.1.1(b)】應(yīng)盡量減小靜態(tài)

6、功耗應(yīng)盡量減小靜態(tài)功耗使使IBQ，ICQ Q點(diǎn)點(diǎn)iC波形產(chǎn)波形產(chǎn)生失真生失真稱為甲乙類放大電路為得到高效率，先不管為得到高效率，先不管iC波形的失真，繼波形的失真，繼續(xù)使續(xù)使Q點(diǎn)降低至極限情況點(diǎn)降低至極限情況落到橫軸上。落到橫軸上。Q【參見教材P383圖8.1.1(c)】稱為乙類放大電路v乙類放大電路的特點(diǎn)： 在一個(gè)周期內(nèi)在一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)只有半個(gè)周期周期iC0。 max=78.5%v缺點(diǎn)：波形失波形失真嚴(yán)重真嚴(yán)重Q【參見教材P383圖8.1.1(b)】v甲乙類放大電路的特點(diǎn)：稱為甲乙類放大電路在一個(gè)周期內(nèi)有在一個(gè)周期內(nèi)有半個(gè)周期以上半個(gè)周期以上iC0。v甲乙類放大電路的缺點(diǎn)：iC波形會(huì)產(chǎn)生

7、失真波形會(huì)產(chǎn)生失真v丙類放大電路：在一個(gè)周期內(nèi)有在一個(gè)周期內(nèi)有半個(gè)周期以上半個(gè)周期以上iC 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;綜合分析該互補(bǔ)輸出電路綜合分析該互補(bǔ)輸出電路iC1uuVCCVCCoiLR 2. 動(dòng)態(tài)時(shí)：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替承擔(dān)放大任務(wù)，在負(fù)載上兩個(gè)管子交替承擔(dān)放大任務(wù)，在負(fù)載上得到完整的正弦波。得到完整的正弦波。綜合分析該互補(bǔ)輸出電路綜合分析該互補(bǔ)輸出電路iC2組成“推挽式電路”Why？三.組合特性分析圖解法【參見教材P388圖8.3.2】Icm2Icm2V

8、cemVcem=UCES1VccviC的最大變的最大變化范圍應(yīng)為化范圍應(yīng)為ICM總總= 2IcmvvCE的變化的變化范圍應(yīng)為范圍應(yīng)為Vcem總總= 2Vcem =2IcmRL負(fù)載上的最大不失真電壓Vom最大不失真輸出功率Pom1.輸出功率Poooo=IVP四. 電路參數(shù)計(jì)算設(shè)設(shè)Vom為輸出電壓的最大值，即幅值，則為輸出電壓的最大值，即幅值，則有效值有效值Vo為：為：2omoVV CESCComUVV，若忽略，若忽略UCESL2CCL2CESCComRVRUVP212)(則則這里需熟記這里需熟記L2omo=RVP2L2CComRVP21L2omLomomRVRVV222一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管

9、耗021 =T1tdivPCCE 2. 管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sinsin0LomomCCtRtVtVV )(21)4(12omomCCLVVVR T1T2= PP)4(22omomCCLVVVR 設(shè)輸出電壓為設(shè)輸出電壓為tSinVvomo tSinVvom CCCEV=LomLORtSinVRvi =C而而這這 里里 需需 熟熟 記記)4(112omomCCLVVVRPT )4(22omomCCLVVVRPT 求最大管耗PTM 用求極限的方法求解：對用求極限的方法求解：對Vom求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)為求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)為0。0211omCCLomTVVRdVdP )4(112omomCCLVVVR

10、PT 因因CCVVV6 . 02 CCom時(shí)具有最大管耗。時(shí)具有最大管耗。即：即：214221 CCCCmTVVVRPCCL221LCCRV 該公式用來求最大管耗而已求得而已求得L2CComRVP21omL2CCPRV2則則2211LCCmTRVP omP212 omP22 omP2 . 0體現(xiàn)的是最大管耗和最大輸出功率之間的關(guān)系。這里需熟記這里需熟記2211LCCmTRVP omPPmT2 . 01選管依據(jù)之一電源供給的最大功率3. 直流電源供給的功率PVToV=PPPLomCCRVV 2當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CComVV LCCVmRVP22 PV一部分供給負(fù)載輸出：一部分供給負(fù)載輸出：另一部分供

11、給管耗：另一部分供給管耗：L2omo=RVP2)4(22omomCCLVVVRPT 4. 效率Vo=PP 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) CComVV% 78.54max 最高效率maxL2omo=RVP2LomCCRVVPV 2CComVV4= 可見效率與負(fù)載RL無關(guān)這里需熟記這里需熟記LomCCRVVPV 2 LCCVmRVP22 CComVV4= 五.選功率BJT管的原則1. 最大允許管耗最大允許管耗PCM必須大于必須大于PT1m0.2Pom；2. 應(yīng)選用應(yīng)選用V(BR)CEO2VCC；3. 通過通過BJT的最大集電極電流為的最大集電極電流為VCC/RL，所選，所選BJT的的ICM一般不宜低于此值。一般不

12、宜低于此值。【請課后自學(xué)教材P390例8.3.1】乙類互補(bǔ)對稱放大電路的輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR考慮實(shí)際電路中考慮實(shí)際電路中VBE0Si:約約0.6VGe:約約0.2V問題4可見，利用乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路在一定程度上解決了效率和電路波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真的矛盾，但是這類電路還存在著一個(gè)不可克服的缺點(diǎn)：交越失真！如何解決交越失真的問題呢？8.4 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路措施：措施：修改電路修改電路，想辦法解決交越失真的問題。，想辦法解決交越失真的問題。8.4 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路返回一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路【OCL互補(bǔ)對稱電

13、路（Output Capacitorless）】解決方法：解決方法：設(shè)法設(shè)法建立合適的建立合適的Q點(diǎn)點(diǎn)，使兩只三極管，使兩只三極管T1和和T2均工作在均工作在臨界導(dǎo)通臨界導(dǎo)通或稱或稱微導(dǎo)通狀態(tài)微導(dǎo)通狀態(tài)。因此想到利用二極管進(jìn)行偏置，從而可因此想到利用二極管進(jìn)行偏置，從而可以克服交越失真。以克服交越失真。靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置可克服交越失真可克服交越失真動(dòng)態(tài)工作情況動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型二極管等效為恒壓模型設(shè)設(shè)T3已有合適已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路交流相當(dāng)于短路【參見教材P393圖8.4.2】uuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCC

14、uuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCvouuRoLi2R1DD2VCC1RVCCviT3Re3Rc3D1D2【參見教材P393圖8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：21BBV 靜態(tài)時(shí)，即靜態(tài)時(shí)，即vi0T3必導(dǎo)通。看直流通路：必導(dǎo)通。看直流通路：從從+VCC經(jīng)經(jīng)Re3、T3、D1、D2、RC3到到-VCC形成一個(gè)形成一個(gè)通路，則：通路，則：上上的的導(dǎo)導(dǎo)通通壓壓降降兩兩

15、個(gè)個(gè)二二極極管管 2121 DDBBVVVT1和和T2均處于微導(dǎo)通狀態(tài)均處于微導(dǎo)通狀態(tài)uuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCvouuRoLi2R1DD2VCC1RVCCviT3Re3Rc3D1D2【參見教材P393圖8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：21BBV兩管分別有一個(gè)微小的兩管分別有

16、一個(gè)微小的基極電流基極電流IB1和和IB2導(dǎo)致兩管集電極分別有導(dǎo)致兩管集電極分別有微小的電流微小的電流IC1和和IC2從而建立了一個(gè)在輸出從而建立了一個(gè)在輸出特性曲線上較低的特性曲線上較低的Q點(diǎn)點(diǎn)電路處于甲乙類 工作狀態(tài)。uuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuuRoLi2R1DD2VCC1RVCCvouuRoLi2R1DD2VCC1RVCCviT3Re3

17、Rc3D1D2【參見教材P393圖8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理： 動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)vi=VmSintvi0，即正半周時(shí)T1導(dǎo)通，導(dǎo)通， T2截止；截止； T1 基極電位進(jìn)一步提高，基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；T2導(dǎo)通，導(dǎo)通， T1截止；截止；T2 基極電位進(jìn)一步降低，基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。Vi0，即正半周時(shí)vi0，即負(fù)半周時(shí)二. 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uu

18、TT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiORC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+T3【參見教材P394圖8.4.4】2. 電路參數(shù)的計(jì)算前面計(jì)算各參數(shù)的前面計(jì)算各參數(shù)的公式中的公式中的VCC都要用都要用VCC/2來代替方可。來代替方可。3. 電路的優(yōu)點(diǎn)解決了解決了互補(bǔ)對稱電互補(bǔ)對稱電路工作點(diǎn)的偏置和路工作點(diǎn)的偏置和穩(wěn)定問題穩(wěn)定問題，實(shí)現(xiàn)單，實(shí)現(xiàn)單電源供電。電源供電。二. 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路+uuTT1324TTC8R

19、VCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiORC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+T3【參見教材P394圖8.4.4】4. 電路存在的問題實(shí)際電路很難達(dá)到實(shí)際電路很難達(dá)到理想的輸出電壓幅理想的輸出電壓幅值值VomVCC/2，而明，而明顯小于顯小于VCC/2【自行分析現(xiàn)象原因【自行分析現(xiàn)象原因】本章小結(jié)歸納一下本章的線索：電壓放大電路(甲類放大電路)為了提高為了提高轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率引出了乙類、甲乙類放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對