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(lèi)功率放大器

4.3甲乙類(lèi)功率放大器*4.4VMOS管功率放大器4.1概述例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱(chēng)為功率放大器功率放大電壓放大信號(hào)提取電壓放大器功率放大器放大電壓信號(hào)獲得大的輸出功率AuRiRoPo=UoIo小信號(hào)——微變等效電路分析法大信號(hào)——圖解法一.功放電路的特點(diǎn)（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(guò)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(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)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(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE:電源提供的直流功率。（5）功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題二.甲類(lèi)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(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)）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(lèi)功率放大器存在的缺點(diǎn)：

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(lèi)：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過(guò)BJT。甲乙類(lèi)：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類(lèi)：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC一.結(jié)構(gòu)4.2乙類(lèi)功率放大器乙類(lèi)狀態(tài)的NPN、PNP射極跟隨器互補(bǔ)組成對(duì)稱(chēng)式功放LR＋uＴ１VCCoui－VCCＴ２LRuiuo二、工作原理ic1

靜態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí):(設(shè)ui為正弦波)T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。ui=0VIc1=Ic2=0（乙類(lèi)狀態(tài)）

uo=0Vui

負(fù)半周T1截止，T2導(dǎo)通ui

正半周T1導(dǎo)通，T2截止io=ic1io=ic2＋－uuＴ1Ｔ2VCCVCCoiLRio形成uo正半周形成uo負(fù)半周ic2Po=0PT=0PE=0uo=VCC-uCE|△uo|=|△

uCE|

Uom=Ucemio=iCIom=Icm三、分析計(jì)算——圖解法IcmUcem

負(fù)載上的最大不失真輸出電壓為(極限值）

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

使PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)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(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路如圖所示，Vcc=15V,負(fù)載RL=8Ω，請(qǐng)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(dòng)畫(huà)演示乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺點(diǎn)4.3甲乙類(lèi)功率放大器

靜態(tài)時(shí):T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類(lèi)工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)構(gòu)：電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理

一.甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路功率、效率的計(jì)算套用乙類(lèi)公式，誤差在允許的范圍內(nèi)。uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQ2.帶前置放大級(jí)的甲乙類(lèi)功率放大器

R2

D——克服交越失真T3——前置級(jí)(甲類(lèi)狀態(tài)）T1T2——互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放（甲乙類(lèi)狀態(tài)）（計(jì)算同乙類(lèi)）R3和R4——穩(wěn)定輸出電流3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì),擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。1

2復(fù)合NPN型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：1)

應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2)

復(fù)合管類(lèi)型與第一只管子相同。4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。

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(fù)電源、耦合）（1）靜態(tài)偏置二.甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

調(diào)整RW阻值可使電容上電壓1、結(jié)構(gòu)2、工作原理C隔斷直流

IO=0UO=0RW—引入負(fù)反饋，提高穩(wěn)定性。UPUB4IB4IC4UC4UP（2）動(dòng)態(tài)分析（電容起到了負(fù)電源的作用）ui負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；ui正半周時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。供電總電壓：VCC-UC=VCC/2供電電壓：UC=-VCC/2功率、效率的計(jì)算套用雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)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(méi)有輸出變壓器，稱(chēng)為OTL電路選功率管的原則：1.PCMPT1max=0.2PoM2．3.此電路存在的問(wèn)題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)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(shí)C1充電后，其兩端有一固定電壓VCC/2動(dòng)態(tài)時(shí)C1、R7為自舉電路Auo向正方向上升時(shí)，由于C1很大，兩端電壓基本不變，A點(diǎn)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(yīng)。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2?？偨Y(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)型雙電源電路又稱(chēng)OCL電路（無(wú)輸出電容）單電源電路又稱(chēng)OTL電路（無(wú)輸出變壓器）小結(jié)1、功率放大電路是在大信號(hào)下工作，通常采用圖解法進(jìn)行分析。研究的重點(diǎn)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(diǎn)及甲類(lèi)，乙類(lèi)和甲乙類(lèi)的概念。與甲類(lèi)功率放大電路相比，乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的主要優(yōu)點(diǎn)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(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路工作在乙類(lèi)時(shí)，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(lèi)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路將出現(xiàn)交越失真。常利用二極管或VBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路克服失真。

4、