第四章功率放大電路

1、第四章功率放大電路教學(xué)內(nèi)容4.1 功率放大電路的主要特點(diǎn)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 集成功率放大器集成功率放大器 教學(xué)要求教學(xué)要求1.1.掌握掌握OTLOTL和和OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作原理，互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作原理，最大輸出功率和效率的估算。最大輸出功率和效率的估算。2.2.熟悉功率放大電路的非線性失真的概念。熟悉功率放大電路的非線性失真的概念。3.3.了解功率放大電路的特點(diǎn)，以及功率放大了解功率放大電路的特點(diǎn)，以及功率放大電路的類型。電路的類型。4.4.了解集成功率

2、放大電路的特點(diǎn)。了解集成功率放大電路的特點(diǎn)。4.1 功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn)一、功率放大電路的作用：一、功率放大電路的作用： 例例1： 擴(kuò)擴(kuò)音音系系統(tǒng)統(tǒng)功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取 用作放大電路的輸出級(jí)，以用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等儀表指針偏轉(zhuǎn)等 。二、與電壓放大電路的比較：二、與電壓放大電路的比較：1.電壓放大電路：電壓放大電路：任務(wù)：任務(wù)：使負(fù)載上獲得盡可能大的不失真的電壓信號(hào)。使負(fù)載上獲得盡可能大的不失真的電壓信號(hào)。三極管工作狀態(tài)三極管工作狀態(tài)：小信號(hào)

3、：小信號(hào)分析方法：分析方法： 微變等效電路微變等效電路2.功率放大電路：功率放大電路：任務(wù)：任務(wù)：在允許的失真限度內(nèi)盡可能地向負(fù)載提供足夠在允許的失真限度內(nèi)盡可能地向負(fù)載提供足夠大的功率。大的功率。三極管工作狀態(tài)三極管工作狀態(tài)：大信號(hào)：大信號(hào)分析方法：分析方法： 圖解法圖解法三、對(duì)功率放大電路的要求：三、對(duì)功率放大電路的要求：1.輸出功率要盡可能大輸出功率要盡可能大cmcemcmcemomIUIUP2122集電極正弦電集電極正弦電壓的最大幅值壓的最大幅值2.工作效率高工作效率高voPP放大電路輸出功率放大電路輸出功率直流電源提供的功率直流電源提供的功率 效率低，既浪費(fèi)能源不經(jīng)濟(jì)，又會(huì)使功放管的

4、結(jié)溫效率低，既浪費(fèi)能源不經(jīng)濟(jì)，又會(huì)使功放管的結(jié)溫明顯升高，以至損壞管子。明顯升高，以至損壞管子。3.非線性失真要小。非線性失真要小。集電極正弦電集電極正弦電流的最大流的最大 幅值幅值四、功率放大電路的分類：四、功率放大電路的分類：1.按功放管工作狀態(tài)不按功放管工作狀態(tài)不同分為：同分為：甲類、乙類、甲類、乙類、甲乙類。甲乙類。甲類：導(dǎo)通角甲類：導(dǎo)通角 ;在在正弦交流信號(hào)的一個(gè)周期正弦交流信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，三極管均導(dǎo)通，效率內(nèi)，三極管均導(dǎo)通，效率低，僅為低，僅為25。乙類：導(dǎo)通角乙類：導(dǎo)通角 ；三；三極管在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。極管在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。甲乙類：導(dǎo)通角甲乙類：導(dǎo)通角 22如何解決效率低的問題

5、？如何解決效率低的問題？辦法：辦法：降低降低Q點(diǎn)。點(diǎn)。既降低既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。但又會(huì)引起截止失真。2.按耦合方式不同分按耦合方式不同分變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路阻容耦合功率放大電路阻容耦合功率放大電路直接耦合功率放大電路直接耦合功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用NPN、 PNP兩個(gè)三極管，兩個(gè)三極管，其特性一致。利用其特性一致。利用NPN、PNP管輪流導(dǎo)通，交替管輪流導(dǎo)通，交替工作，在負(fù)載工作，在負(fù)載R

6、L上得到一個(gè)完整的被放大的交流上得到一個(gè)完整的被放大的交流信號(hào)。信號(hào)。4.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess類型：類型：4.2.1 電路組成和工作原理電路組成和工作原理1. OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路互補(bǔ)對(duì)稱電路（1）OTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：1）單電源供電）單電源供電;2）射極輸出，輸出端加有大電容。）射極輸出

7、，輸出端加有大電容。C2的作用：隔直通交；儲(chǔ)的作用：隔直通交；儲(chǔ)存電能，代替一個(gè)電源。存電能，代替一個(gè)電源。靜態(tài)分析靜態(tài)分析 靜態(tài)時(shí)，電源通過靜態(tài)時(shí)，電源通過VT1向向C2充電，調(diào)整參數(shù)充電，調(diào)整參數(shù)R1、R2使得三極管發(fā)射極使得三極管發(fā)射極電位：電位：2CCAVU死死區(qū)區(qū)電電壓壓動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 ui0,VT1導(dǎo)通導(dǎo)通VT2截止，截止，iL=iC1,RL上得到上得到上正下負(fù)的電壓；上正下負(fù)的電壓； uiiLiC2iC1 tttt動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 ui0,VT1導(dǎo)通導(dǎo)通VT2截截止，止，iL=iC1,RL上得到上上得到上正下負(fù)的電壓；正下負(fù)的電壓； IcmuiiLiC2iC1 tttt動(dòng)態(tài)分析

8、動(dòng)態(tài)分析 ui0,VT1截止截止VT2導(dǎo)導(dǎo)通，通，iL=iC2,RL上得到上負(fù)上得到上負(fù)下正的電壓。下正的電壓。IcmuiiLiC2iC1 tttt優(yōu)點(diǎn)：電路省掉大電容，改善了低頻響應(yīng)，又有優(yōu)點(diǎn)：電路省掉大電容，改善了低頻響應(yīng)，又有利于實(shí)現(xiàn)集成化。利于實(shí)現(xiàn)集成化。缺點(diǎn)：三極管發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，若靜缺點(diǎn)：三極管發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，若靜態(tài)工作點(diǎn)失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個(gè)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)間流過負(fù)載，造成電路損壞。實(shí)較大的電流長(zhǎng)時(shí)間流過負(fù)載，造成電路損壞。實(shí)際使用的電路中常常在負(fù)載回路接入熔斷絲作為際使用的電路中常常在負(fù)載回路接入熔斷絲作為

9、保護(hù)措施。保護(hù)措施。OCL電路的優(yōu)缺點(diǎn)：電路的優(yōu)缺點(diǎn)：4.2.2 互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算互補(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)的估算互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算設(shè)三極管設(shè)三極管VT1、VT2特性特性曲線對(duì)稱，則曲線對(duì)稱，則Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem LCCRViC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVccIcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI（1）最大輸出功率：）最大輸出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)(21222忽略忽略UCES 則則LccomRVP

10、22集電極最大輸出電壓為集電極最大輸出電壓為 Ucem=VccUCES集電極最大輸出電流為集電極最大輸出電流為 Icm=（VccUCES)/RL直流電源直流電源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCcccmcccmccVRVRUVVIVttdIVP20222)(sin1（2）效率：）效率：5 .784VomPPCCCESCCVomVUVPP|4忽略忽略UCES 則則（3）功率三極管極限參數(shù)：）功率三極管極限參數(shù)：集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:流過三極管的最大集電極電流為流過三極管的最大集電極電流為:LCCLCESCCcmRVRUVI選擇三極管時(shí)集電極最大允許電流應(yīng)為選擇

11、三極管時(shí)集電極最大允許電流應(yīng)為:LCCCMRVI集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO: 當(dāng)當(dāng)VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT1截止截止時(shí)，時(shí)，VT1承受反向電壓：承受反向電壓：CCCESCCCEVUVu2|221 功率三極管集電極最大允許功率三極管集電極最大允許反向電壓為反向電壓為:CCCEOBRVU2)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM: 當(dāng)集電極輸出電壓的峰值當(dāng)集電極輸出電壓的峰值UOMVCC時(shí)，三極管的功時(shí)，三極管的功率功耗達(dá)到最大，此時(shí)，每個(gè)三極管的最大管耗為：率功耗達(dá)到最大，此時(shí)，每個(gè)三極管的最大管耗為：LCCTmRVP22當(dāng)忽略三極管的飽和壓降當(dāng)忽略

12、三極管的飽和壓降UCES時(shí)，最大輸出功率為：時(shí)，最大輸出功率為：LCComRVP22omTmPP2 . 0選擇三極管時(shí)集電極最大允許耗散功率應(yīng)為選擇三極管時(shí)集電極最大允許耗散功率應(yīng)為:omCMPP2 . 02. OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算iC1 uCE1iC2uCE2QUcem1Icm1ABIcm2UCESVcc/2IcmuiiLiC2iC1 ttttLCESCCcmRUVI2/（1）最大輸出功率：）最大輸出功率：LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP2)2/(21222忽略忽略UCES 則則LccLccomRVRVP82)2/(22設(shè)三極管設(shè)三極

13、管VT1、VT2特性曲線對(duì)稱，則特性曲線對(duì)稱，則Icm1=Icm2=Icm, Ucem1=|Ucem2|=Ucem,則則 集電極最大輸出電壓為集電極最大輸出電壓為 Ucem=Vcc/2UCES集電極最大輸出電流為集電極最大輸出電流為 Icm=（Vcc/2UCES)/RL直流電源直流電源Vcc提供的功率：提供的功率：LccLCESCCCCCmcccmccVRVRUVVIVttdIVP22)(sin1220（2）效率：）效率：5 .7842822LccLccVomRVRVPP忽略忽略UCES 則則CCCESCCVomVUVPP2)2(（3）功率三極管極限參數(shù)：）功率三極管極限參數(shù)：集電極最大允許電

14、流集電極最大允許電流ICM:流過三極管的最大集電極電流為流過三極管的最大集電極電流為:LCCLCESCCcmRVRUVI22/選擇三極管時(shí)集電極最大允許電流應(yīng)為選擇三極管時(shí)集電極最大允許電流應(yīng)為:LCCCMRVI2集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO: 當(dāng)當(dāng)VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通，VT1截止截止時(shí)，時(shí)，VT1承受反向電壓：承受反向電壓：CCCESCCCEVUVu|21 功率三極管集電極最大允許功率三極管集電極最大允許反向電壓為反向電壓為:CCCEOBRVU)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:omTmPP2 . 0選擇三極管時(shí)集電極最大允許耗散功率應(yīng)為選擇三

15、極管時(shí)集電極最大允許耗散功率應(yīng)為:omCMPP2 . 0當(dāng)忽略三極管當(dāng)忽略三極管UCES時(shí)，每個(gè)三極管的最大管耗也為：時(shí)，每個(gè)三極管的最大管耗也為：效率) 1 ()2/(2121222LCEScccmcemcmcemomRUVIUIUP (2)OTL乙類功放乙類功放 (3)OCL乙類功放乙類功放 (1)甲類功放甲類功放甲類電路的靜態(tài)電流較大，效率較低。甲類電路的靜態(tài)電流較大，效率較低。 (2)OTL乙類功放乙類功放 (3)OCL乙類功放乙類功放 (1)甲類功放甲類功放)2()2/(212LCESccomRUVP)3()(212LCESccomRUVP乙類功放靜態(tài)功耗等于零，效率較高。乙類功放靜

16、態(tài)功耗等于零，效率較高。OCL電路最大輸出功率：電路最大輸出功率：WRUVPLCESccom25.2082)220(2)(22例例4.2.1 解：解：7 .7066.2825.20VomPP效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCcccmcccmccV66.28822020222)(sin10集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:三極管的極限參數(shù)三極管的極限參數(shù):ARVILCCCM5 . 2820集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO:VVUCCCEOBR402022)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:WPPomCM5252 . 02

17、. 0WRUVPLCESccom482)22/20(2)2/(228 .6237. 64VomPPOTL電路最大輸出功率：電路最大輸出功率：效率：效率：WRUVVIVttdIVPLCESCCCCCmcccmccV37. 682220202)(sin120集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM:三極管的極限參數(shù)三極管的極限參數(shù):ARVILCCCM25. 182202集電極最大允許反向電壓集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO:VVUCCCEOBR20)(集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM:WPPomCM25. 125. 62 . 02 . 04.3 采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱式放大

18、電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱式放大電路增加復(fù)合管的目的是：增加復(fù)合管的目的是： 提高電流放大倍數(shù)，擴(kuò)大提高電流放大倍數(shù)，擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。電流的驅(qū)動(dòng)能力。4.3.1 復(fù)合管的接法及其復(fù)合管的接法及其和和rbe1. 復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法復(fù)合管連接的原則：復(fù)合管連接的原則：1）保證前級(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電）保證前級(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電流形成適當(dāng)?shù)耐罚涣餍纬蛇m當(dāng)?shù)耐罚?)外加電壓的極性應(yīng)使每個(gè)三極管均工作在放大狀態(tài)外加電壓的極性應(yīng)使每個(gè)三極管均工作在放大狀態(tài).cbeT1T2ibicbecibicPNPNPNbecibicNPNPNP2. 復(fù)合管的復(fù)合管的和和rbe(1)由相同類型的三極管組成的復(fù)合管由相同類型的