第七章 功率放大電路

1、1 在多路放大電路末級(jí)、集成功率放大器、集成運(yùn)算放大器等模擬集成電路的輸出級(jí)，往往要求有較高的輸出功率或要求具有較大的輸出動(dòng)態(tài)范圍以驅(qū)動(dòng)下一級(jí)負(fù)載,如音箱等。7.1、 概述概述這類主要用于向負(fù)載提供功率的放大電路稱為功率放大電路。2一、一、 功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo) 1. 輸出功率輸出功率Po 功率放大器應(yīng)在輸出不失真的情況下給出最大的交流輸出功率Po以推動(dòng)負(fù)載工作。為此，功放管一般工作在大信號(hào)狀態(tài), 以不超過(guò)管子的極限參數(shù)（ICM、VbCEO、PCM）為限度。這就使功放管安全工作成為功率放大器的重要問(wèn)題。 3 2. 效率效率 功率放大器的效率定義為功率放大器的輸出信號(hào)功率Po

2、直流電源供給功率放大器功率PE之比, 用表示，即：100%oEpp功率放大器要求高效率地工作，一方面是為了提高輸出功率，另一方面是為了降低管耗。直流電源供給的功率除了一部分變成有用的信號(hào)功率以外，剩余部分變成晶體管的管耗PC(PC=PE-Po)。 管耗過(guò)大將使功率管發(fā)熱損壞。所以，對(duì)于功率放大器，提高效率也是一個(gè)重要問(wèn)題。4 3. 非線性失真非線性失真 功率放大器為了獲得足夠大的輸出功率，需要大信號(hào)激勵(lì)， 從而使信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍往往超出晶體管的線性區(qū)域，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真。因此減小非線性失真，成為功率放大器的又一個(gè)重要問(wèn)題。 概括起來(lái)說(shuō)，要求功率放大器在保證晶體管安全運(yùn)用的情況下，獲得盡可能大的輸出

3、功率、盡可能高的效率和盡可能小的非線性失真。 5由于功率放大電路的輸出電壓和輸出電由于功率放大電路的輸出電壓和輸出電流都很大，信號(hào)作用的范圍進(jìn)入了晶體流都很大，信號(hào)作用的范圍進(jìn)入了晶體管特性的非線性區(qū)，所以在分析時(shí)不可管特性的非線性區(qū)，所以在分析時(shí)不可再用再用微變等效電路微變等效電路，而應(yīng)，而應(yīng)采用圖解法采用圖解法。6二二. 功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流 （a） （b） （c） iC O t iC O t iC O t iC O Q vCE ICQ iC O vCE ICQ Q iB常數(shù)常數(shù) iC O v

4、CE iB常數(shù)常數(shù) iB常數(shù)常數(shù) 四種工作狀態(tài)四種工作狀態(tài) 根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：乙類：導(dǎo)通角等于導(dǎo)通角等于180甲類：甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：甲乙類：導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180丙類：丙類：導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于1807 甲類放大的優(yōu)點(diǎn)是波形失真小，但由于靜態(tài)工作點(diǎn)電流大，故管耗大，放大電路效率低，所以它主要用于小功率放大電路中。 乙類與甲乙類放大由于管耗小，放大電路效率高，在功率放大電路獲得廣泛應(yīng)用。由于乙類與甲乙類放大輸出波形失真嚴(yán)重，所以在實(shí)際電路中均采用兩管輪流導(dǎo)通的推挽電路來(lái)減少失真。 功率放大電

5、路類型很多，目前電子電路中廣泛采用乙類（或者甲乙類）互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。87.3 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路率放大電路1 電路組成電路組成2 分析計(jì)算分析計(jì)算3 功率功率BJT的選擇的選擇9一一 電路組成電路組成 由一對(duì)由一對(duì)NPN、PNP特性相同的特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為電源供電。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路?；パa(bǔ)功率放大電路。1. 電路組成電路組成2. 工作原理工作原理 兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。一個(gè)完整的波形

6、。10t0t0iu1Ci0t2Ci11二二 分析計(jì)算分析計(jì)算 iC1 Icm1 A B O VCES Q vCE1 VCC Vcem1 iC1 Icm 2Icm O A B VCES Vcem 2Vcem Q iB常數(shù) VCES O vCE1 iC2 iB常數(shù) -vCE VCC 121. 最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP 實(shí)際輸出功率實(shí)際輸出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP 忽略忽略VCES時(shí)時(shí)L2CComax2RVP iC1 Icm 2Icm O A B VCES Vcem 2Vcem Q

7、iB常數(shù) VCES O vCE1 iC2 -vCE VCC 13單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP 2. 管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(12omomCCLVVVR T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR 143. 電源供給的功率電源供給的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CComVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP 當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CCo

8、mVV % 78.54 15三、三、 功率功率BJT的選擇的選擇1. 最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)橐驗(yàn)?4(12omomCCLT1VVVRP 當(dāng)當(dāng) 0.6VCC 時(shí)具有最大管耗時(shí)具有最大管耗CCom2VV 0.2Pom L2CC2T1m1RVP 選管依據(jù)之一選管依據(jù)之一167.4 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路2 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路17一、一、 甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問(wèn)題乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路存在的問(wèn)題 由于三極管輸入

9、特性存在死區(qū)，在輸入信號(hào)的電壓低于導(dǎo)通電壓期間（-0.6V0.6V），V1和V2都截止， 輸出電壓為零，出現(xiàn)了兩只三極管交替波形銜接不好的現(xiàn)象, 故出現(xiàn)了圖 中的失真，這種失真稱為“交越失真。”181. 靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置可克服交越失真可克服交越失真2. 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19另一種偏置方式另一種偏置方式BE4221CE4VRRRV VBE4可認(rèn)為是定值可認(rèn)為是定值 R1、R2不變時(shí)，不變時(shí)，VCE4也也是定值，可看作是一個(gè)直流是定值，可看作是一個(gè)直流電源。電源。 Po、PT、PV和和PTm仍然仍然按照乙類功放計(jì)算公式進(jìn)行按照乙類功放計(jì)算公式進(jìn)行估算。估算。 20二、二、 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VKVCVCC/2（電容（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。當(dāng)有信號(hào)當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)時(shí)負(fù)半周負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向同時(shí)向C充電充電正半周正半周T2導(dǎo)通