模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四章 功率放大電路

第四章功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點(diǎn)4.2互補(bǔ)對(duì)稱式功率放大電路4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱式放大電路4.4集成功率放大器（自學(xué)內(nèi)容）第一節(jié)功率放大電路的主要特點(diǎn)對(duì)放大電路的要求放大電路中三極管的工作狀態(tài)放大電路的分析方法下頁(yè)總目錄在一些電子設(shè)備中，常要求放大電路的輸出級(jí)能帶動(dòng)某種負(fù)載，因而要求放大電路有足夠大的輸出功率。這種放大電路通稱為功率放大電路。功率放大電路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。1.根據(jù)負(fù)載要求，提供足夠的輸出功率。最大輸出功率Pom

：在正弦輸入信號(hào)下，輸出波形不超過(guò)規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時(shí)，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。21UcemIcm=

2·Icm2Pom=Ucem共射接法下一、對(duì)放大電路的要求下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)式中po

為放大電路輸出給負(fù)載的功率，而pv

為直流電源Vcc所提供的功率。popvη=放大電路的效率可表示為2.具有較高的效率。放大電路輸出給負(fù)載的功率由直流電源提供。在輸出功率比較大的情況下，效率問(wèn)題更為重要。如果功率放大電路的效率不高，不僅造成能量的浪費(fèi)，而且消耗在放大電路內(nèi)部的電能將轉(zhuǎn)換成為熱量，使管子、元件等溫度升高，因而不得不選用較大容量的放大管和其他設(shè)備，很不經(jīng)濟(jì)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)選用放大三極管時(shí)，極限參數(shù)應(yīng)留有一定的余地。下頁(yè)上頁(yè)二、放大電路中三極管的工作狀態(tài)在功率放大電路中，三極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，使得管子的特性曲線的非線性問(wèn)題充分暴露出來(lái)。在實(shí)際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求，盡量設(shè)法減小輸出波形的非線性失真。當(dāng)功率放大電路工作時(shí)，應(yīng)防止三極管的工作點(diǎn)超出安全工作區(qū)的范圍。首頁(yè)在功率放大電路中，由于三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變化，因此，對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，一般不能采用微變等效電路法，常采用圖解法分析放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況。下頁(yè)上頁(yè)三、放大電路的分析方法從功率放大電路的上述特點(diǎn)，可以組成功率放大的具體電路?？紤]電路的具體形式時(shí)，主要應(yīng)注意使放大電路具有足夠的輸出功率和較高的效率，并盡量減小輸出波形的非線性失真。首頁(yè)第二節(jié)

互補(bǔ)對(duì)稱式功率放大電路電路的組成和工作原理互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算一、電路組成和工作原理1.

OTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路R1

和R2確定放大電路的靜態(tài)電位。2

VCC調(diào)整R1

和

R2的值，使靜態(tài)時(shí)兩管的發(fā)射極電位為2

VCC電容C2兩端的電壓也等于動(dòng)態(tài)時(shí)電容兩端的電壓保持0.5VCC的數(shù)值基本不變。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLOTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路C1+下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)otic1otic2otiLotui交越失真ic1ic2iLui>0時(shí)VT1導(dǎo)通VT2截止。ui<0時(shí)VT2導(dǎo)通VT1截止。iL=iC1–iC2下頁(yè)上頁(yè)R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLC1+首頁(yè)2.

OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路iC1iC2iLiB1iB2R

、VD1和VD2為兩管提供了靜態(tài)基極電流IB1和IB2避免了ui較小時(shí)兩管同時(shí)截止減小了交越失真。iC1

和

iC2不為零，靜態(tài)時(shí)為零下頁(yè)上頁(yè)R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+首頁(yè)iL=

iC1

–iC2OtiC1OtiC2OtiLOTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的波形圖OtuiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL注意：在分析和估算時(shí)，可認(rèn)為OTL甲乙類和乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作狀態(tài)近似相同。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通;靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大,效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小,效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Ucem

=VCC-UCES

靜態(tài)時(shí)

UCE1=+VCC,UCE2=-VCC。下頁(yè)上頁(yè)OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL3.

OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又有利于實(shí)現(xiàn)集成化，應(yīng)用更為廣泛。首頁(yè)仿真OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLOtiC1OtiC2OtiLOCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的波形圖Otui注意：在VCC值相等的情況下，OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路的Icm值大約比OTL電路大一倍。下頁(yè)上頁(yè)存在的主要問(wèn)題：兩個(gè)三極管的發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，如果靜態(tài)工作點(diǎn)失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個(gè)較大的電流長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)負(fù)載，可能造成電路損壞。為了防止出現(xiàn)此種情況，實(shí)際使用的電路中，常常在負(fù)載回路接入熔斷絲作為保護(hù)措施。首頁(yè)OCL電路優(yōu)點(diǎn)：省去了大電容，改善了低頻響應(yīng)，利于實(shí)現(xiàn)集成化。ui>0時(shí)工作點(diǎn)沿QA上移。ui<0時(shí)工作點(diǎn)沿QB下移。下頁(yè)上頁(yè)

OCL互補(bǔ)電路的圖解法二、互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算1.OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算首頁(yè)-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBIcm1Icm2Ucem1UCESVCCUcem2Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2對(duì)稱Icm1=

Icm2=IcmUcem

=VCC-UCES

Pom

≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2下頁(yè)上頁(yè)（1）最大輸出功率當(dāng)滿足條件UCES<<VCC時(shí)首頁(yè)P(yáng)V=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCpompvη=≈=78.5%4π下頁(yè)上頁(yè)（2）效率當(dāng)輸出最大功率時(shí)，放大電路的效率等于最大輸出功率pom與直流電源提供的功率PV之比。當(dāng)忽略飽和管壓降UCES時(shí)，OCL乙類和甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的效率為如果考慮三極管的飽和管壓降UCES，則OCL乙類和甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的效率將低于此值。首頁(yè)P(yáng)V等于VCC與半個(gè)正弦波周期內(nèi)三極管集電極電流的平均值的乘積，即下頁(yè)上頁(yè)（3）功率三極管的極限參數(shù)在OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路中，流過(guò)三極管的最大集電極電流為：▼集電極最大允許電流ICM因此選擇功率三極管時(shí)，其集電極最大允許電流應(yīng)為：首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)在OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路中，兩個(gè)三極管的集電極電壓之和等于2VCC，即▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO當(dāng)VT2導(dǎo)電時(shí)，VT1截止，此時(shí)VT1的集電極承受反向電壓。當(dāng)VT2飽和時(shí)，VT1的集電極電壓達(dá)到最大，此時(shí)：或因此，功率三極管的集電極最大允許反向電壓應(yīng)為首頁(yè)當(dāng)忽略三極管的管壓降時(shí)，PTm=0.2Pom

下頁(yè)上頁(yè)在OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路中，直流電源提供的功率PV，一部分轉(zhuǎn)換成輸出功率Po傳送給負(fù)載，另一部分則消耗在三極管內(nèi)部，成為三極管的耗散功率PT

，使管子發(fā)熱。▼集電極最大允許耗散功率PCM經(jīng)分析證明：當(dāng)集電極輸出電壓的峰值UOM

≈0.6

VCC時(shí)，三極管的功率損耗達(dá)到最大，即PT=

PTm

。此時(shí)，每個(gè)三極管的最大管耗為:因此，在選擇功率三極管時(shí)應(yīng)滿足，PCM>0.2Pom

首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)-uCE2QiC1OiC2uCE1AOB

OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路的圖解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC交流負(fù)載線2.OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算2首頁(yè)Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2對(duì)稱Icm1=

Icm2=IcmPom=Ucem

Icm=2121RLU2cemPom

≈81RLV2CC21RL(VCC/2–UCES)2=若滿足UCES

<<2VCC下頁(yè)上頁(yè)（1）最大輸出功率首頁(yè)Ucem

=VCC/2-UCES

PV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0pompvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π2πRLV2CC≈πVCCIcm=下頁(yè)上頁(yè)（2）效率首頁(yè)注意：OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路的效率與OCL電路相同。下頁(yè)上頁(yè)（3）功率三極管的極限參數(shù)▼集電極最大允許電流ICM▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO三極管的最大管耗：PTm=0.2Pom

▼集電極最大允許耗散功率PCMPCM>0.2Pom

首頁(yè)第三節(jié)采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路復(fù)合管的接法及其β和rbe復(fù)合管組成的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路下頁(yè)總目錄一、復(fù)合管的接法及其β和rbe復(fù)合管可由兩個(gè)或兩個(gè)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(wú)論由相同或不同類型的三極管組成復(fù)合管時(shí)，首先，在前后兩個(gè)三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電流的實(shí)際方向一致。其次，外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)三極管均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2ic1ic2iE1=iB2iEiciBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1與NPN型三極管等效下頁(yè)上頁(yè)VT1VT2bec首頁(yè)ic1=iB2iE2iB1iBic2iciE1iEΔic=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與NPN型三極管等效ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1Δic2=β1β2ΔiB1下頁(yè)上頁(yè)VT2VT1bec首頁(yè)rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2與PNP型三極管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與PNP型三極管等效下頁(yè)上頁(yè)iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec首頁(yè)二、復(fù)合管組成的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoR