第9章功率放大電路

1、第九章第九章 功率放大電路功率放大電路9.1功率放大電路功率放大電路的特點(diǎn)及分類的特點(diǎn)及分類9.2互補(bǔ)推挽功率放大電路互補(bǔ)推挽功率放大電路本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1.重點(diǎn)掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率重點(diǎn)掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計(jì)算。和效率的計(jì)算。本章教學(xué)時(shí)數(shù)：本章教學(xué)時(shí)數(shù)：2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)本章討論的問題：本章討論的問題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？電路有什么區(qū)別？2.什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？3.晶體管的最大耗散功率是否是電路的

2、最大輸出功率？晶體管的最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？晶體管的耗散功率最大時(shí)，電路的輸出功率是最大嗎？晶體管的耗散功率最大時(shí)，電路的輸出功率是最大嗎？4.互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？ 9.1 功率放大電路的特點(diǎn)及分類功率放大電路的特點(diǎn)及分類 一、特點(diǎn)：1. 輸出功率足夠大輸出功率足夠大 為獲得足夠大的輸出功率，為獲得足夠大的輸出功率， 功放管的電壓和電功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。流變化范圍應(yīng)很大。 2. 效率要高效率要高 功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源供給的直流功

3、率之比。信號(hào)功率與電源供給的直流功率之比。 mmmUIP4.加裝散熱和保護(hù)裝置加裝散熱和保護(hù)裝置3. 非線性失真要小非線性失真要小 功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、 電流電流擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)，而進(jìn)入非線性區(qū)， 造成輸出波形的非線性失真，造成輸出波形的非線性失真，因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問題嚴(yán)重。失真問題嚴(yán)重。 二、工作狀態(tài)分類二、工作狀態(tài)分類根據(jù)功放管工作點(diǎn)選擇的位置不同來進(jìn)行分類的分為甲類放大：靜

4、態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)在負(fù)載線線性段的中點(diǎn)在整設(shè)在負(fù)載線線性段的中點(diǎn)在整 個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流iC通過通過 幻燈片 7乙類放大:靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) Q 設(shè)在截止點(diǎn)，則設(shè)在截止點(diǎn)，則iC僅在半個(gè)僅在半個(gè)信號(hào)周期內(nèi)通過，信號(hào)周期內(nèi)通過， 其輸出波形被削掉一半其輸出波形被削掉一半幻燈片 8甲乙類放大靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)在線性區(qū)的下部靠近截止點(diǎn)處，則其iC的流通時(shí)間為多半個(gè)信號(hào)周期，輸出波形被削掉少一半 幻燈片 9功率放大電路的分類功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通

5、情況分類甲類甲類( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 0時(shí)時(shí) ，T1和和T4導(dǎo)通，導(dǎo)通， T2和和T3 截止，負(fù)載上獲得正截止，負(fù)載上獲得正半周電壓；半周電壓；當(dāng)當(dāng) ui 0 T1 導(dǎo)通導(dǎo)通 T2 截止截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0 T2 導(dǎo)通導(dǎo)通 T1 截止截止iC1io = iE2 = iC2, uO = iC2RLui = 0 T1 、 T2 截止截止若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生交越失真交越

6、失真。消除交越失真的消除交越失真的OCL電路的工作原理電路的工作原理 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：消除交越失真思路：圖9.2.2消除交越失真的消除交越失真的OCL電路電路RLRD1D2T1T2+VCC+ui +uo VCCV5uiui = 0，給給 T1、T2 提供靜態(tài)電壓提供靜態(tài)電壓UB1、B2UD1UD2UR2U UB1B1、B2B2略大于略大于T T1 1管發(fā)射結(jié)和管發(fā)射結(jié)和T T2 2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，兩管管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個(gè)微小的基極電流，分別為均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個(gè)微小的基極電流，分別為I IB1B1和和I IB2B2 。

7、靜態(tài)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)靜態(tài)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié) ，使，使為為0,0,即即為為0 0。當(dāng)當(dāng) ui = 0 時(shí)，時(shí)，T1、T2 微導(dǎo)通。微導(dǎo)通。當(dāng)當(dāng) ui 0 ( ( 至至 ) )， T1 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 充分充分導(dǎo)通導(dǎo)通 微導(dǎo)通；微導(dǎo)通；T2 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 截止截止 微導(dǎo)通。微導(dǎo)通。當(dāng)當(dāng) ui 0 ( ( 至至 ) )， T2 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 充分導(dǎo)通充分導(dǎo)通 微導(dǎo)通；微導(dǎo)通； T1 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 截止截止 微導(dǎo)通。微導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號(hào)為正弦交流電時(shí)當(dāng)輸入信號(hào)為正弦交流電時(shí)圖圖9.2.3 T1和和T2 管在管在ui作用下輸入作用下輸入特性中的圖解分析特性中的圖解分析二管導(dǎo)通的時(shí)間都比輸入信號(hào)的二管導(dǎo)通的時(shí)間都比輸入信號(hào)的半

8、個(gè)周期更長，功放電路工作在半個(gè)周期更長，功放電路工作在甲乙類狀態(tài)。甲乙類狀態(tài)。LCCCMCEMomRUIUp22121直流電源給出的功率可按式(5.2.11)估算，即 cmCCUIUP2 在放大器輸出最大功率時(shí)，忽略管子飽和壓降，Icm=ICM=UCC/RL，電源給出最大功率，為 2CCUCCLUpUR 電路在最大輸出功率時(shí)的效率為 %5 .784Umommpp 結(jié)果與式（5.2.12）完全相同。最大管耗與最大輸出功率之間也滿足式(5.2.15)的關(guān)系。即omomLCCVmpPRUp4 . 0424222 例5.3.1在圖5.3.1所示乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路中，設(shè)UCC=12V， RL=8 ，

9、試求： (1) 當(dāng)輸入信號(hào)足夠大， 使集電極電壓能夠充分運(yùn)用時(shí)的Pom、PUm、m、 PV； (2) 當(dāng)輸入信號(hào)電壓有效值為4V時(shí)的Po、PU、PV; (3) 若三極管飽和壓降UCES=1V，不可忽略，再計(jì)算（1）問中各量。 解（1） 輸入信號(hào)足夠大時(shí)，忽略管子飽和壓降， 輸出電壓幅值約等于電源電壓，可輸出最大功率。 由式（5.3.1）最大輸出功率為 Pom= WRULCC98212222 此時(shí)的效率為 %8 .3644. 52UOPPWppPomUmv5 . 295 .11 雙管總管耗為 PV=PUm-Pom= 11.5 - 9 = 2.5W (2） 若輸入電壓有效值為4V，即其幅值為Uim

10、 考慮到射極輸出器的輸出電壓近似等于輸入電壓，故UomUim = 5.7V，輸出功率為WRUPLomO2827 . 5222效率為 %8 .3644. 52UOPPWRUUUIUPLCESCCCCCMCCUm50.108) 112(12222%7250.1056. 7mwpPpOmUmT94. 256. 750.10 有正弦信號(hào) ui輸入時(shí)，兩管輪流工作。正半周時(shí)，V1因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上輸出電流ic2，如圖中實(shí)線所示，V2 因發(fā)射結(jié)反偏而截止。同理，在負(fù)半周時(shí)，V2因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上輸出電流ic2，如圖中虛線所示， V1 因發(fā)射結(jié)反偏而截止。這樣，在信號(hào)ui的一個(gè)周期內(nèi)，電流ic1和ic2以正、反兩個(gè)不同的方向交替流過負(fù)載電阻RL，在RL上合成為一個(gè)完整的略有點(diǎn)交越失真的正弦波信號(hào)。 由此可見，在輸入電壓作用下，互補(bǔ)對(duì)稱電路利用了兩個(gè)不同類型晶體管發(fā)射結(jié)偏置的極性正好相反的特點(diǎn)，自行完成了反相作用， 使兩管交替導(dǎo)通和截止。 互補(bǔ)對(duì)稱電路聯(lián)成射極輸出方式，具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)， 低阻負(fù)載可以直接接在放大電路的輸出端。 2. 最大輸出功率、最大輸出功率、 效率及管耗