模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：第8章 功率放大電路

第8章功率放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容基本概念：

①三極管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)；

②交越失真2.PO（輸出功率）；POM（最大輸出功率）；3.PV（電源供給的功率）=PO+PT；本章主要講述功率放大電路的基本原理和基本分析方法。【要求重點(diǎn)掌握以下內(nèi)容：】電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6.雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路工作在乙類時(shí)，BJT器件安全工作必須要滿足的極限參數(shù)（3個(gè)）：

PCM，│V(BR)CEO│，ICM4.PT（管耗）5.

η（效率）=PO/PV；本章主要內(nèi)容電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.1功率放大電路的一般問題一.什么是功率放大電路？能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。

二者無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制與轉(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？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

不同之處在于：各自追求的指標(biāo)不同。電壓放大電路：功率放大電路：主要要求使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，其輸出功率并不一定很大；通常為小信號(hào)放大電路。主要要求獲得盡可能大的不失真（或失真較?。┹敵龉β屎娃D(zhuǎn)換效率，通常是在大信號(hào)狀態(tài)下工作。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.功率放大電路的特點(diǎn)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)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。四.功率放大電路中的特殊問題輸出功率要大；效率要高；輸出功率電源提供的功率η越大，效率越高電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)非線性失真要小；管耗較大，要考慮散熱問題；功放管的保護(hù)問題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。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)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】QICQ電壓放大電路中Q點(diǎn)要盡可能設(shè)置到中間的位置，且在沒有交流信號(hào)輸入時(shí)，仍存在靜態(tài)量IBQ，ICQ，VCEQ電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)QICQ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)都有電流流過放大器件，即在一周期內(nèi)iC>0。甲類放大電路的缺點(diǎn)：①管耗大故電壓放大電路不適宜作為功率放大電路?、谛实挺莔ax=50%電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【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η呢？Q應(yīng)盡量減小靜態(tài)功耗使IBQ↓，ICQ

↓Q點(diǎn)↓iC波形產(chǎn)生失真稱為甲乙類放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)為得到高效率，先不管iC波形的失真，繼續(xù)使Q點(diǎn)降低至極限情況——落到橫軸上。Q稱為乙類放大電路乙類放大電路的特點(diǎn)：①在一個(gè)周期內(nèi)只有半個(gè)周期iC>0。②ηmax=78.5%缺點(diǎn)：波形失真嚴(yán)重電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Q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)有半個(gè)周期以上iC>0。甲乙類放大電路的缺點(diǎn)：iC波形會(huì)產(chǎn)生失真電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)功率放大電路中電源的功率除了提供給負(fù)載外，其余的消耗在什么地方？消耗在管耗上。提高功放效率的根本途徑是減小功放管的功耗。功放中的功放管采用哪種工作狀態(tài)最合適？

采用甲乙類工作狀態(tài)最合適，因?yàn)榧最愋侍?，丙類失真太大，乙類?huì)產(chǎn)生交越失真。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩個(gè)雙極性三極管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。8.2乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

OCL:Output

Capacitorless【無輸出電容器】電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RLui-VCCT2二.工作原理（設(shè)ui為正弦波）先單獨(dú)分析一下T1和T2：RLui+-VBE前提：忽略b、e間壓降，即：視VBE=0?！呤巧錁O輸出∴為電壓跟隨器T1T2ui＞0時(shí)，T1導(dǎo)通；ui≤0時(shí)，T1不導(dǎo)通ui＜0時(shí)，T2導(dǎo)通；ui≥0時(shí)，T2不導(dǎo)通二者可以互補(bǔ)輸出電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)靜態(tài)時(shí)：ui=0V綜合分析該互補(bǔ)輸出電路iC2iC1

ic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V——沒有電流，故沒有消耗，從而解決了靜態(tài)功耗的問題電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)動(dòng)態(tài)時(shí)：ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;綜合分析該互補(bǔ)輸出電路iC1電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2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)載上得到完整的正弦波。綜合分析該互補(bǔ)輸出電路iC2組成“推挽式電路”電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.組合特性分析——圖解法Icm2Icm2VcemVcem=UCES1VcciC的最大變化范圍應(yīng)為ICM總=2IcmvCE的變化范圍應(yīng)為Vcem總=2Vcem

=2IcmRL負(fù)載上的最大不失真電壓Vom電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)最大不失真輸出功率Pom輸出功率Po四.電路參數(shù)計(jì)算設(shè)Vom為輸出電壓的最大值，即幅值，則有效值Vo為：∵，若忽略UCES則這里需熟記電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一個(gè)管子的管耗管耗PT兩管管耗設(shè)輸出電壓為而這里需熟記電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)求最大管耗PTM

用求極限的方法求解：對(duì)Vom求導(dǎo)，令導(dǎo)數(shù)為0。因時(shí)具有最大管耗。即：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)該公式用來求最大管耗而已求得則體現(xiàn)的是最大管耗和最大輸出功率之間的關(guān)系。這里需熟記電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電源供給的最大功率直流電源供給的功率PV當(dāng)PV一部分供給負(fù)載輸出：另一部分供給管耗：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)效率

最高效率

max可見效率與負(fù)載RL無關(guān)這里需熟記電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)五.選功率BJT管的原則最大允許管耗PCM必須大于PT1m≈0.2Pom；應(yīng)選用│V(BR)CEO│>2VCC；通過BJT的最大集電極電流為VCC/RL，所選BJT的ICM一般不宜低于此值。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路的輸入輸出波形圖uiuououo

′交越失真死區(qū)電壓考慮實(shí)際電路中VBE≠0Si:約0.6VGe:約0.2V電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路【OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路（OutputCapacitorless）】解決方法：設(shè)法建立合適的Q點(diǎn)，使兩只三極管T1和T2均工作在臨界導(dǎo)通或稱微導(dǎo)通狀態(tài)。因此想到利用二極管進(jìn)行偏置，從而可以克服交越失真。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：

靜態(tài)時(shí)，即vi＝0T3必導(dǎo)通?？粗绷魍罚簭?VCC經(jīng)Re3、T3、D1、D2、RC3到-VCC形成一個(gè)通路，則：T1和T2均處于微導(dǎo)通狀態(tài)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2兩管分別有一個(gè)微小的基極電流IB1和IB2導(dǎo)致兩管集電極分別有微小的電流IC1和IC2從而建立了一個(gè)在輸出特性曲線上較低的Q點(diǎn)——電路處于甲乙類工作狀態(tài)。分析工作原理：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)vi=VmSinωtvi>0，即正半周時(shí)T1導(dǎo)通，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)；T2導(dǎo)通，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)。Vi<0，即負(fù)半周時(shí)B1和B2可近似視為一點(diǎn)voviT3Re3Rc3D1D2iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)T1和T2管在vi作用下輸入特性中的圖解分析可見，兩只管子的導(dǎo)通時(shí)間都比輸入信號(hào)的半個(gè)周期長(zhǎng)，即在信號(hào)電壓很小時(shí)，兩只管子同時(shí)導(dǎo)通，因而它們工作在甲乙類狀態(tài)。輸入信號(hào)電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)前面講的這個(gè)電路解決了乙類放大電路的交越失真問題，但它也存在一個(gè)缺點(diǎn)：由于D1、D2的導(dǎo)通壓降是固定的，故電路的偏置電壓不可調(diào)。如何解決這個(gè)問題？電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)voviT3Re3Rc3iC1iC2iLiB1iB2B2B1R1*R2T4改進(jìn)電路：-+VCE4VBE4+-將D1、D2的位置換成一個(gè)三極管T4。只考慮改進(jìn)部分：∵∴而VBE4固定(Si:0.6~0.7V)，故調(diào)整R1與R2的比值就可改變T1與T2間偏置電壓。電路缺點(diǎn)：雙電源！電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3單電源供電輸出大電容代替原來負(fù)電源供電電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3分析工作原理

靜態(tài)時(shí)，即vi＝0合理設(shè)置R1、R2有適當(dāng)?shù)臄?shù)值，可使K點(diǎn)電位VK=VC=VCC/2。T3導(dǎo)通，D1、D2導(dǎo)通T1、T2微導(dǎo)通二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3IB3VB3VB2VB1VKIC3為了提高電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定性能，引入一負(fù)反饋。若溫度變化使VK↑，則有：VK↑→VB3↑→IB3↑IC3↑↓VC3↓↓VB2↓←VK↓←使VK趨于穩(wěn)定二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)vi=VmSinωtT1導(dǎo)通、T2截止，有電流通過RL向C充電T1截止、T2導(dǎo)通，已充電的C通過RL放電，電容起到了負(fù)電源的作用。vi>0，即正半周時(shí)vi<0，即負(fù)半周時(shí)二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3電路參數(shù)的計(jì)算前面計(jì)算各參數(shù)的公式中的VCC都要用VCC/2來代替方可。電路的優(yōu)點(diǎn)解決了互補(bǔ)對(duì)稱電路工作點(diǎn)的偏置和穩(wěn)定問題，實(shí)現(xiàn)單電源供電。二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3電路存在的問題實(shí)際電路很難達(dá)到理想的輸出電壓幅值Vom≈VCC/2，而明顯小于VCC/2【分析現(xiàn)象原因】二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.自舉電路【了解即可！】【參見教材P208圖5.3.5】RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3+C3R3A把圖中D點(diǎn)與VCC得連線斷開，串進(jìn)去一個(gè)電阻R3，進(jìn)而引入一個(gè)R3C3支路，為自舉電路。電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.自舉電路【了解即可！】【參見教材P208圖5.3.5】RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3+C3R3A故C3被充電后，其兩端電壓為：

靜態(tài)時(shí)，即vi＝0而電子技術(shù)基礎(chǔ)精品課程——模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三.自舉電路RC3ReCeR2R1D1