模電第十章10功率放大電路

9功率放大電路10.2甲類功率放大電路10.4變壓器耦合功率放大電路10功率放大電路10.1功率放大電路的一般問(wèn)題10.3乙類及甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路10.5集成功率放大器

21.功率放大電路研究的主要問(wèn)題10.1功率放大電路的一般問(wèn)題(1)盡可能獲得大的輸出功率(2)效率要高(4)功率管的散熱是重要問(wèn)題(3)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，對(duì)非線性失真提出不同要求以輸出功率為主要目的的放大電路稱為功率放大電路所謂效率，就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率與電源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，表示效率較高。為了獲得大的輸出功率，功放管的電壓和電流都要有足夠大的輸出幅度，放大管往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作（大信號(hào)工作）。功放管輸出功率較大，往往非線性失真越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)矛盾。由于有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，結(jié)溫和管殼溫度會(huì)變得很高。因此，半導(dǎo)體三極管的散熱就成為一個(gè)重要問(wèn)題。(6-3)例1：擴(kuò)音系統(tǒng)電壓放大功率放大

信號(hào)提取執(zhí)行機(jī)構(gòu)

功率放大器的作用：做放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

概述(6-4)例二：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua:基準(zhǔn)電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUOT

溫度調(diào)節(jié)過(guò)程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件(6-5)

分析功放電路應(yīng)注意的問(wèn)題功放電路中電流、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

。ICMPCMUCEMIcuce(6-6)

電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。=PomaxPE100%Pomax:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE

：電源提供的直流功率。(6-7)射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？答：不合適，因?yàn)樾侍汀otuo問(wèn)題討論ibQIcuceUCC

/REUCCRbuoUCCuiRE10.2甲類功率放大電路(6-8)射極輸出器效率低的原因一般射隨靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部），信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真*。電路中存在的靜態(tài)電流IC

,在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)Q點(diǎn)正好在負(fù)載線中點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：

=PO/PE=25%電源供給的功率PE=UCCIC

電路輸出的功率：910.3乙類及甲乙類雙電源

互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路10.3.1電路組成及工作原理10.3.2分析計(jì)算10.3.3半導(dǎo)體三極管的選擇(6-10)

互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型

無(wú)輸出變壓器形式

（OTL電路）無(wú)輸出電容形式

（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：(6-11)

無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路（OCL電路）工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0V,T1、T2均不工作uo=0v。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0vT1截止ui>

0vT1導(dǎo)通T2截止iL=Ic1;ui-UccT1T2uo+UCCRLiLiL=Ic2

。T2導(dǎo)通**T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。（1）(6-12)iBuBEUTuitQiCuceUCC/REUCCib乙類放大的波形關(guān)系特點(diǎn)iBtiCt

靜態(tài)電流IC、IB等于零；每管導(dǎo)通時(shí)間于半個(gè)周期；存在失真。(6-13)最大輸出功率及效率的計(jì)算

假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流分別為：ULMAX=UCCILMAX=UCC/RL=POMAX=.ULMAX負(fù)載上得到的最大功率為：iL-UCCRLuiT1T2UL+UCC（2）(6-14)電源提供的直流平均功率計(jì)算：

每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:

IAV1==兩個(gè)電源提供的總功率為：PE=PE1+PE2=2.UCC.=效率為：UCC1=UCC2=UCC====78.5%

tic1IAV2=IAV2=(6-15)電路的改進(jìn)（3）克服交越失真交越失真的含義tuo交越失真uit

當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過(guò)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(dǎo)通不好。(6-16)克服交越失真的措施

電路中增加Ｒ１、Ｄ２、Ｄ２、R2支路。R1D1D2R2+UCC-UCCULuiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí)T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1，D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；*

兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些的工作方式稱為甲乙類放大。

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)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。*(6-17)uitUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系iCQuceUSC

/REUSCIBQICQiCuBEiBib

存在較小的靜態(tài)電流ICQIBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。特點(diǎn)(6-18)

為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)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。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(shè)I>>IB，則(6-19)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路+UCC-UCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6T1：電壓推動(dòng)級(jí)T1、R1、R2：

UBE倍增電路T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。(6-20)

無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路（OTL電路）（1）特點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇姡惠敵黾佑写箅娙?。?）靜態(tài)時(shí)：T1、T2特性對(duì)稱，UCC/2RLuiT1T2+UCCCAUL+-UC

令：(6-21)（3）動(dòng)態(tài)時(shí)：

設(shè)輸入端在UCC/2直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ui>ic1ic2RLuiT1T2+UCCAUL+-交越失真T1截止、ui<時(shí)，T2導(dǎo)通。（UC相當(dāng)于電源）(6-22)ULMAX=、ILMAX=（4）輸出功率及效率

若忽略交越失真的影響，且ui幅度足夠大。則：uLULMAXPLMAX==

PE=UCCIAV=（IAV=）===78.5%ui

電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力復(fù)合管的構(gòu)成cbeT1T2ibicbecibicic1=

1ib,ib2=ie1=(1+

1)ib,ic2=

2ib2,ic=ic1+ic2=[

1+2(1+1)]ib.≈

1

2ib

方式1(6-24)cbeT1T2ibicbecibic

復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能均如下確定：

1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。{方式225

同管型復(fù)合管異型復(fù)合管(6-26)

利用變壓器的阻抗變換功能，可實(shí)現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補(bǔ)其它類型功放電路的不足。變壓器耦合式功放電路特點(diǎn)：一、例：OCL電路中，若RL=80

、

需要輸出功率PO=50W根據(jù)公式Pomax=

得電源電壓：Ucc=90V的電壓對(duì)電子電路顯然不合適。10.4(6-27)

利用變壓器阻抗變換關(guān)系（RL′=K2RL），便可解決以上問(wèn)題。二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器1.原理電路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1ic1ib1ui>0Ui<0ib2ic2(6-28)2.動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)：ui=0，T1、T2均截止，iL

=0

。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui>0時(shí)：T1導(dǎo)通、T2

截止，ic1

經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由ic1決定。ui<0時(shí)：與上相反。若Ui為正弦信號(hào)，則iL近似為正弦波。

3.輸出功率及效率

分析方法和前述互補(bǔ)對(duì)稱功放電路類似，請(qǐng)自行分析。這里的負(fù)載為變壓器原邊等效負(fù)載RL’。(6-29)甲乙類變壓器耦合式推挽功率放大器三.USCT1T2RLiLuiReRb2、Rb1、Re的作用：克服交越失真。Rb2Rb1(6-30)

實(shí)際功放電路

這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：

恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；偏置電路（R1、D1、D2）；恒流源負(fù)載（T5）；

OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、T10）；負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）；共射放大級(jí)（T4）；校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；

UBE倍增電路（T6、R2、R3）；調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。(6-31)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載+24vuiRLT7T8RC8-24vR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX(6-32)輸出功率的估算輸出電壓的最大值約為19.7v設(shè)負(fù)載

RL=8

則最大輸出功率為：PMAX=實(shí)際輸出功率約為20W。注：該