丁類D類功率放大器

1、6.6 丁類（D類）功率放大器泰國(guó)蘇梅島阿公石景區(qū)返回1引言本頁(yè)完引言 高頻功率放大器的主要問(wèn)題是如何盡可能地提高它的輸出功率與效率。只要將效率稍許提高一點(diǎn)，就能在同樣的器件耗散功率的條件下，大大提高輸出功率，甲、乙、丙類放大器就是沿著不斷減小電流通角c的途徑，來(lái)不斷提高放大器的效率。返回 但是，c減小是有一定限度的。因?yàn)閏太小，效率雖然很高，但因Icm1下降太多，輸出功率反而下降。要想維持Icm1不變，就必須加大激勵(lì)電壓（即輸入電壓），這又可能因激勵(lì)電壓過(guò)大而引起管子的擊穿。2引言本頁(yè)完引言返回 丁類、戊類等放大器就是采用固定c為90，但盡量降低管子的耗散功率的辦法，來(lái)提高功率放大器的效率。

2、具體說(shuō)，丁類放大器的晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)：導(dǎo)通時(shí)，管子進(jìn)入飽和區(qū)，器件內(nèi)阻接近于零；截止時(shí)，電流為零，器件內(nèi)阻接近于無(wú)窮大。這樣集電極功耗大為減小，效率大大提高。理想情況下，丁類放大器的效率可達(dá)100%。3學(xué)習(xí)要點(diǎn)本 節(jié) 學(xué) 習(xí) 要 點(diǎn) 和 要 求丁類（D類）功率放大器掌握丁類電壓開關(guān)型功率放大器的工作原理學(xué)會(huì)計(jì)算丁類功率放大器有關(guān)參數(shù)返回4主頁(yè)丁類（D類）功率放大器主頁(yè) 使用說(shuō)明：要學(xué)習(xí)哪部分內(nèi)容，只需把鼠標(biāo)移到相應(yīng)的目錄上單擊鼠標(biāo)左鍵即可，按空格鍵或鼠標(biāo)左鍵進(jìn)入下一頁(yè)。結(jié)束電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作原理返回泰國(guó)佛寺電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計(jì)算5一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器原理 兩管輪流

3、飽和導(dǎo)通和截止分析 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 兩管與電源電壓VCC是串聯(lián)的。激勵(lì)源輸入的是矩形波激勵(lì)電壓，通過(guò)變壓器耦合令兩只管輪流飽和導(dǎo)通和截止。兩只晶體管相當(dāng)于兩只開關(guān)。i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源+-+-+-A點(diǎn)電壓為VCC。飽和，相當(dāng)于開關(guān)接通。截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開。6 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 VA的波形分析丁類（D類）功率放大器A點(diǎn)電壓為0。繼續(xù)本頁(yè)完 兩管與電源電壓VCC是串聯(lián)的。激勵(lì)源輸入的是矩形波激勵(lì)電壓，通過(guò)變壓器耦合令兩只管輪流飽和導(dǎo)通和截止。兩只晶體管相當(dāng)于兩只開關(guān)。i1CLRbRbAVCCi2iRL激

4、勵(lì)源-+-+-+因此，A點(diǎn)電壓為矩形波。 因?yàn)槎☆惞β史糯笃鞯耐ń莄=90，2c =180。即剛好半個(gè)周期，所以VA的波形如右圖所示。 晶體管耗散功率為Pc=iCvC，本電路的晶體管導(dǎo)通時(shí)vC0，截止時(shí)iC0，所以理想情況下晶體管不損耗功率。OtVA/23/2-3/2-/2VCC7 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 等效電路分析丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 為便于分析電路，把原電路化簡(jiǎn)為等效電路。OtVA/23/2-3/2-/2VCCCLRsRsVCCvo-+-+RLR電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路 R是L的電阻，為方便分析，把R并入RL中。 兩個(gè)晶體管用兩個(gè)開關(guān)替代。 Rs是兩個(gè)晶體管

5、導(dǎo)通時(shí)的等效電阻。8 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 對(duì)VA進(jìn)行傅立葉分析丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完OtVA/23/2-3/2-/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路 因?yàn)榫w管每次導(dǎo)通只有一個(gè)Rs接入電路，所以把Rs繪在這支路中。CLRsVCCvo-+-+RLRRL 設(shè)LC串聯(lián)諧振回路對(duì)開關(guān)頻率諧振。 利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為Vom1= VCC2 LC串聯(lián)諧振時(shí)，只對(duì)基波電壓Vom1呈很小阻抗，對(duì)諧波分量呈很大阻抗，所以電路中只有基波電壓Vom1才產(chǎn)生基波電流Iom 。IomVom19 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 求VA產(chǎn)生的基波電流丁類（D

6、類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完OtVA/23/2-3/2-/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo-+-+RLRRL 設(shè)LC串聯(lián)諧振回路對(duì)開關(guān)頻率諧振。 利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為 Iom在RL上產(chǎn)生輸出電壓vo的振幅為Vom 。IomVom1= VCC2Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RL 諧振時(shí)，回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom110 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 推出輸出功率vo的振幅和表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完OtVA/23/2-3/2-/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo-+-+RLRRL

7、 設(shè)LC串聯(lián)諧振回路對(duì)開關(guān)頻率諧振。 利用傅立葉分析可得VA電壓的基波分量的振幅Vom1為IomVom1= VCC2 vo的振幅Vom為Vom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)vo= RLcost2VCC(Rs+RL)所以Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RL 這是輸出電壓交流表達(dá)式。 諧振時(shí)，回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom111 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程繼續(xù)OtVA/23/2-3/2-/2VCC電壓開關(guān)型電路的輸出等效電路CLRsVCCvo-+-+RLRRL 設(shè)LC串聯(lián)諧振回路對(duì)開關(guān)頻率諧振。IomVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)I

8、om= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RL 諧振時(shí)，回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom1丁類（D類）功率放大器12 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 分析半波正弦電流的成因丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RL 諧振時(shí)回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為Vom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2IomICC 由圖可知，只有T1導(dǎo)通時(shí)， VCC才提供電流。T1截止時(shí)， VCC是不提供電流的。所以VCC輸出的電流只有半個(gè)正弦波。iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T2 算出半波電流的平均值IC

9、C可計(jì)算VCC提供的功率P=。13iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T2 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 推出輸出功率vo的振幅和表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2Iom 電源提供的平均電流ICC為 諧振時(shí)回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為ICC14 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 推出輸出功率vo的振幅和表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)

10、OtiCC/23/2-3/2-/2Iom 電源提供的平均電流ICC為 諧振時(shí)回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T215 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 電源提供的平均電流ICC表達(dá)式繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2Iom 電源提供的平均電流ICC為ICC= 2(Rs+RL)2VCC 諧振時(shí)回路中產(chǎn)生的基波電流振幅Iom為丁類（D類）功率放大器ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T216 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大

11、器工作過(guò)程繼續(xù)Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2IomICC= 2(Rs+RL)2VCC丁類（D類）功率放大器ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T217 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 電源提供功率p=表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2IomICC= 2(Rs+RL)2VCC 電源提供的功率P=為P=VCCICC= 2(Rs+RL)2V

12、2CCICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T218 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程丁類（D類）功率放大器繼續(xù)Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/2IomP=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CCICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T219 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 輸出功率po的表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)OtiCC/23/2-3/2-/

13、2IomP=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CC 諧振時(shí)輸出的Po為Po= = V2om2V2CCRL2RL2(Rs+RL) 集電極效率c為c=PoP=RLRs+RL=ICCiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T220 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 集電極效率c的表達(dá)式 集電極耗散功率PC表達(dá)式丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL) 設(shè)集電極耗散功率為Pcc= P=-PcP=RLRs+RL=P=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CC 諧振時(shí)輸出的Po為Po= = V2om2

14、V2CCRL2RL2(Rs+RL) 集電極效率c為c=PoP=RLRs+RL=Pc=P= RsRs+RL所以iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T221 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程丁類（D類）功率放大器繼續(xù)Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)P=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CCPo= = V2om2V2CCRL2RL2(Rs+RL)c=PoP=RLRs+RL=Pc=P= RsRs+RLiCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T222 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程 增加c和減小PC的討論丁

15、類（D類）功率放大器Iom= = VCC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)P=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CCPo= = V2om2V2CCRL2RL2(Rs+RL)c=PoP=RLRs+RL=Pc=P= RsRs+RL繼續(xù)本頁(yè)完 由集電極效率和集電極耗散功率表達(dá)式可以看出，晶體管飽和內(nèi)阻RS越小（即飽和壓降越?。?，則c越高，Pc越小。當(dāng)RS0時(shí)， c 100%，Pc 0。iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T223 一、電壓開關(guān)型丁類功率放大器工作過(guò)程電壓開關(guān)型丁類功率放大器原理內(nèi)容結(jié)束頁(yè)丁類（D類）功率放大器Iom= = V

16、CC2Vom1Rs+RLRs+RLVom=Iom RL= RL2VCC(Rs+RL)P=VCCICC= 2(Rs+RL)2V2CCPo= = V2om2V2CCRL2RL2(Rs+RL)c=PoP=RLRs+RL=Pc=P= RsRs+RL繼續(xù)本頁(yè)完 由集電極效率和集電極耗散功率表達(dá)式可以看出，晶體管飽和內(nèi)阻RS越?。达柡蛪航翟叫。?，則c越高，Pc越小。當(dāng)RS0時(shí)， c 100%，Pc 0。 本內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)束，單擊繼續(xù)，繼續(xù)學(xué)習(xí)電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計(jì)算內(nèi)容；單擊返回，返回學(xué)習(xí)主頁(yè)。返回繼續(xù)iCCCLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源T1T224二、電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計(jì)算 設(shè)計(jì)題目

17、二、電壓開關(guān)型丁類功率放大器的計(jì)算丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型放大器(如右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。CLRsVCCvo-+-+RLRRLIomVom1i1CLRbRbAVCCi2iRL激勵(lì)源 設(shè)計(jì)本功率放大器，要計(jì)算出串聯(lián)諧振回路的L和C，電源電壓VCC，直流輸入功率P=、交流輸出功率Po、集電極耗散功率PC 、集電極效率c和電路總效率以及輸入激勵(lì)功率Pd。分析時(shí)可以略去晶體管飽和時(shí)電阻RS。25 求L和C 丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型

18、放大器(如右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。 解：首先計(jì)算L和C的值。 空載 Q0=L/R注意：R是L的電阻 有載 QL=L/(R+RL) 上兩式中消去R可求得LL=Q0QLRL(Q0-QL)=H10014502100103(100-14)=1.29mH 由諧振頻率公式可求出CC=12L(2100103)21.2910-3= F1=1963pFL=1.29mHC=1963pFCLVCCvo-+-+RLRRLIomVom126 求R 丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型放大器(如

19、右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。 解：首先計(jì)算L和C的值。 空載 Q0=L/R 有載 QL=L/(R+RL) 上兩式中消去R可求得LL=Q0QLRL(Q0-QL)=H10014502100103(100-14)=1.29mHL=1.29mHC=1963pF 利用L值求線圈的電阻R R=L/Q0 R= 2100103 1.2910-3100 R=8.1 R=8.1CLVCCvo-+-+RLRRLIomVom127 求VCC 丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型放大器(如右圖所示

20、)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。 接著求電源電壓VCC。 輸出電壓振幅Vom輸出電流的振幅IomVCC =31.1VL=1.29mHC=1963pFVomIom =A=340mARL1750Iom= 2VCC(R+RL) R=8.1根據(jù)得VCC= 2Iom(R+RL)VCC= 234010-3(8.1+50)2VCC =32VCLVCCvo-+-+RLRRLIomVom1 在求電源電壓VCC過(guò)程中忽略了三極管導(dǎo)通時(shí)的電阻Rs，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，VCC應(yīng)適當(dāng)提高，此處取VCC=32V 。 在RL上的正弦波電壓有

21、效值為12V，通過(guò)此值可求出輸出電壓的振幅Vom，進(jìn)而求出回路正弦波電流的振幅Iom 。 Vom=12V17V228 求功率關(guān)系R= Ro RQ 丁類（D類）功率放大器繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型放大器(如右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。 最后求功率關(guān)系 電源供給的平均電流ICCL=1.29mHC=1963pFP=VCCICC R=8.1電源供給的功率P=LC回路R損耗的功率PQCLVCCvo-+-+RLRRLIomVom1VCC =32VICC= 2(R+RL)2VCCICC= A108

22、mA2(8.1+50)231.2=320.108W=3.46WP=3.46W交流輸出功率Po(RL上的)172Po= =W= 2.89W2RLV2om250Po=2.89WPQ=(1/2)I2omRPQ= (1/2)(0.34)28.1=0.47WPQ=0.47W 集電極效率的定義是這部分電路功率與電源供給功率之比，因此還必須求出R損耗的功率PQ 。29PQ= (1/2)(0.34)28.1=0.47W繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電壓開關(guān)型放大器(如右圖所示)，已知條件為：工作頻率100kHz；在RL=50的負(fù)載上有12V有效值的電壓輸出；回路的有載QL=14，無(wú)載Q0=100。 最后求功率關(guān)系L=1.29mHC=1963pFP= R=8.1 2CLVCCvo-+-+RLRRLIomVom1VCC =32V=320.111W=3.46WP=3.46W172Po= =W= 2.89W2RLV2om250Po=2.89WPQ=0.47W丁類（D類）功率放大器30 求集電極效率c和電路效率 繼續(xù)本頁(yè)完 設(shè)計(jì)一個(gè)丁類電