模電課件第四章

第四章功率放大電路4-1

概述4.2

互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)4.3

改進(jìn)型OCL電路4.1概述4.1.1

功率放大電路的特點及主要性能指標(biāo)4.1.2功率放大電路的分類4.1概述4.1.0

功率放大電路的概述4.1.0功率放大電路的概述作用：向負(fù)載提供足夠的輸出功率。

電路特點：（1）較大的工作電流；（2）放大元件為大功率元件；基本電路：采用共集（共漏）放大電路。Ri大，Ro小應(yīng)用:功放電路大多應(yīng)用于多級放大電路的末級。4.1概述功率管作用：

將直流電源的能量按照輸入信號的變化規(guī)律傳送給負(fù)載，能量從一種形式(直流)轉(zhuǎn)化為另一種形式(交流)。不要理解為管子本身把功率放大了。功率放大含義：

用能量較小的輸入信號控制直流電源供給負(fù)載電壓和電流，使負(fù)載得到較大能量。以小能量控制大能量。4.1概述例:擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

功率放大電壓放大信號提取功率放大器的特點:例：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua:基準(zhǔn)電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUO室溫T

溫度調(diào)節(jié)過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件分析功放電路應(yīng)注意的問題:(1)功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce(2)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(3)電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Po

:負(fù)載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的功率。(1)輸出功率盡可能大(3)效率要高效率定義為:POPV100%=交流輸出功率直流電源功率100%=4.1.1功率放大電路的特點及主要性能指標(biāo)對功率放大電路的基本要求是：(2)帶負(fù)載能力強(qiáng)（Ro?。┢渲?PV=PO+PTPT為放大電路損耗4.1概述(4)非線性失真要小(5)晶體管的散熱和保護(hù)問題分析方法:圖解分析法。大電流電路微變等效電路方法不再適用。4.1概述

工作于大信號狀態(tài)，功放管的非線性不可忽略，宜采用圖解分析法。功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上區(qū)別嗎？思考題:功率放大電路中電源的功率除了提供給負(fù)載外，其余的主要消耗在什么地方？提高功放效率的根本途徑是減小功放管的功耗。思考題:功放管功耗

無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制與轉(zhuǎn)換。不同之處在于，各自追求的指標(biāo)不同.電壓放大電路追求不失真的電壓放大倍數(shù)；功率放大電路追求盡可能大的不失真輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。1、三極管的工作狀態(tài)4.1.2功率放大電路的分類4.1概述晶體管根據(jù)導(dǎo)通時間可分為如下四個狀態(tài):甲類-------三極管360°導(dǎo)電；甲乙類----三極管180°～360°導(dǎo)電乙類-------三極管180°導(dǎo)電丙類-------三極管<180°導(dǎo)電甲乙類：180°～360°導(dǎo)電乙類：180°導(dǎo)電三極管的四種工作狀態(tài)：丙類：<180°導(dǎo)電甲類：360°導(dǎo)電4.1概述

三極管的工作狀態(tài):tuCEiCiCIB=0Q00(3)甲乙類工作狀態(tài)(2)乙類工作狀態(tài)(1)甲類工作狀態(tài)tuCEiCiCQ00IB=0tuCEiCiCQ00IB=04.1概述甲類(=2)乙類(=)甲乙類(<<2)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。4.1概述

4.1概述(1)、甲類放大電路

電路特點：（1）晶體管導(dǎo)通角θT為360°（2）波形不失真；（3）電路效率低。2、功率放大電路分類即使在靜態(tài)電路也有損耗。效率是功率放大電路考慮的主要問題之一。

4.1概述(2)、乙類放大電路

電路特點：（1）晶體管導(dǎo)通角θT為180°（2）波形失真；（3）電路效率高。(3)、甲乙類放大電路

電路特點：（1）晶體管導(dǎo)通角為：靜態(tài)時電路無損耗（2）波形失真；（3）電路效率較高。（1）變壓器耦合乙類推挽功率放大電路優(yōu)點：可以實現(xiàn)阻抗變換。

缺點：體積龐大、笨重、消耗有色金屬，且效率較低（變壓器損耗），低頻和高頻特性都差。3、功放的幾種基本電路形式

+

ui

-

N1

N2

N2

T2

T1

1ci2ci+

uo

-

RL

變壓器耦合乙類推挽功率放大電路

4.1概述(2)無輸出電容（OCL）乙類

互補(bǔ)對稱功率放大電路優(yōu)點:直接耦合，頻率特性好。

缺點:雙電源供電。-Vcc

T1

T2

ui

1ei2ei+

uo

-

RL

OCL功率放大電路

+Vcc

(3)無輸出變壓器（OTL）乙類

互補(bǔ)對稱功率放大電路+Vcc/2

T1

T2

ui

+

uo

-

RL

OTL功率放大電路

+Vcc

優(yōu)點：單電源供電。缺點：低頻特性差。4.1概述

4.2.1互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)的引出4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)4.2.2OCL電路組成與工作原理4.2.3OCL電路的輸出功率與效率4.2.4OCL電路中晶體管的選擇

4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)+VCCRLC1+RBuce

=uouCE

iCO

tiCO

QIcMUceM設(shè)“Q”設(shè)置在交流負(fù)載線中點VCCIC1.甲類功率放大電路輸出功率與效率

4.2.1互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)的引出4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)2.互補(bǔ)對稱功率放大器的引出圖所示的射極跟隨器輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)，適合作功率輸出級4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)+VCCREC1+RBuce

=uoui由于RE的存在，靜態(tài)電流較大，電路效率較低。為了提高效率，必須使電路的靜態(tài)損耗為0，即IB=0，IC=0。

電路存在問題：（1）Ui=0時，Uo≠0，靜態(tài)功耗大，效率低；（2）負(fù)向輸出幅值小；（3）帶負(fù)載后，影響Q點。

解決措施：

采用正、負(fù)向電源；可使Ui=0時，Uo=0。

但仍存在問題：正負(fù)向輸出不對稱。采用兩個極性相反的射極跟隨器組成乙類互補(bǔ)功率放大電路。+VCCREC1+RBuouiRL+++VCCREC1+RBuouiRL++-VEE4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)1、電路組成及工作原理RLT1T2+VCC+ui+uoVEEui

>0T1導(dǎo)通T2截止iC1io

=iE1=iC1,uO

=iC1RLui

<0T2導(dǎo)通T1截止iC1io

=iE2=iC2,uO

=iC2RLui

=0T1、T2截止4.2.2OCL電路組成與工作原理4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)放大電路由一對NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成。在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個完整的不失真波形。T1、T2正、負(fù)半周輪流導(dǎo)電——“互補(bǔ)”。2、交越失真交越失真

當(dāng)Vi很小時，達(dá)不到晶體管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真——稱為交越失真。4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)

交越失真iBiB1iB2uBE2ott交越失真的產(chǎn)生:oot1t4t1t2t2t3t3t4由于三極管T1、T2沒有靜態(tài)偏壓，在發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓時，產(chǎn)生交越失真.uBE1uBE2uBE14.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)1、最大不失真輸出功率Pomax

4.2.3OCL電路的輸出功率與效率

設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類工作狀態(tài)，輸入為正弦波。負(fù)載上的輸出功率為：4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)RLT1T2+VCC+ui+uoVEEiC1iC1最大不失真功率忽略飽和壓降

直流電源提供的功率為半個正弦波的平均功率，信號越大，電流越大，電源功率也越大。直流電源功率PV的表達(dá)式推導(dǎo)如下：2、電源功率PV

即PV∝Vom

。當(dāng)Vom趨近VCC時，顯然PV

近似與電源電壓的平方成比例。

4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)3、效率η

當(dāng)Vom=VCC

時效率最大：4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)思考題1:思考題2:該如何提高功放電路中的效率？該功放電路中最高效率？4.2.4OCL電路中晶體管的選擇

將PT畫成曲線，如圖所示。乙類互補(bǔ)功放電路的管耗

功率放大電路中根據(jù)最大功耗、最大管壓降和集電極最大電流來選擇晶體管。

1、晶體管的管耗PT

電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然：4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)令則：時管耗最大，即：4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)T1管截止時,T2管飽和的壓降.2、最大管壓降UCEmax3、集電極最大管電流

ICmax

4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)4、大功率三極管輸出特性曲線的分區(qū)在大功率三極管的輸出特性中，除了與普通三極管一樣分有放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)外，從使用和安全角度還分有:

過電流區(qū)過電壓區(qū)過損耗區(qū)它們的位置如圖所示.。

圖

三極管的極限工作區(qū)

過電流區(qū)是由最大允許集電極電流確定的，超過此值，β將明顯下降。過電壓區(qū)由c、e間的擊穿電壓V(BR)CEO所決定。過損耗區(qū)由集電極功耗PCm所決定。4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)5.選管原則RLT1T2+VCC+ui+uoVEE4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)如圖,已知：VCC=VEE=24V，RL=8，

忽略UCES,1)求Pom

以及此時的PV、

η

、PT1，并選管。2）計算η=0.6時的Po。解RLT1T2+VCC+ui+uoVEE例4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)1)求Pom

η及PV、PT1，并選管=0.5(45.936)=4.9(W)U(BR)CEO>48VICM>24/8=3(A)可選：U(BR)CEO=60100VICM=5APCM=1015W4.2互補(bǔ)對稱功率放大電路(OCL)2）計算η=0.6時的Po。4.3改進(jìn)型OCL電路4.3.1互補(bǔ)對稱功率放大電路4.3.2準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路4.3改進(jìn)型OCL電路4.3.3輸出電流的保護(hù)解決措施:利用二極管提供偏置電壓Vb4.3.1互補(bǔ)對稱功率放大電路給三極管加一點偏置，提高Q點使T1、T2處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，使三極管工作在甲乙類。如圖所示。4.3改進(jìn)型OCL電路消除交越失真設(shè)置靜態(tài)偏置消除交越失真

偏置電路由二極管D1

、D2電阻R1

、

R2和電位器RP組成。給T1、T2提供靜態(tài)電壓。4.3改進(jìn)型OCL電路tiC0ICQ1ICQ2+Vcc1–Vcc2uoT1T2RLB1B2uiiC2iC1R1RPD1D2R24.3改進(jìn)型OCL電路tiC0ICQ1ICQ2+Vcc1–Vcc2uoT1T2RLB1B2uiiC2iC1R1RPD1D2R2當(dāng)ui

=0時，T1、T2微導(dǎo)通。當(dāng)ui

<0(至)，T2微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。當(dāng)ui

>0(至)，T1微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。T1

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；T2

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；

功率和效率：

由于甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路的靜態(tài)電流很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。

對于甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路的輸出功率與效率計算，仍然可以使用乙類功率放大電路的計算公式，這樣做計算過程簡單，誤差也不是很大。4.3改進(jìn)型OCL電路(1)、目的：提高晶體管的β和Ri；或根據(jù)需要改變?nèi)龢O管的類型。(2)、組成規(guī)律：1、復(fù)合管Ⅱ、第一管的C—E，只能與第二管的C—B連接；（否則第一管的Uce受第二管的Ube的限制，不能處于放大狀態(tài)）；Ⅲ、復(fù)合后管子的等效類型與第一管類型相同。4.3.2準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路Ⅰ、在內(nèi)部串接點和外部并接點，必須保證兩管電流方向一致（按元件箭頭方向）；4.3改進(jìn)型OCL電路復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：1.在串接點，必須保證兩管電流方向的一致和連續(xù)（實際電流方向不沖突）2.在并接點，必須保證兩管電流同時流入接點或同時流出接點。3.必須保證復(fù)合管中每個管子都工作在放大區(qū)（即保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.復(fù)合管類型與第一只管子相同。T1T2串接點并接點第一管的C-E，只能與第二管的C-B連接；（否則第一管的Uce受第二管的Ube的限制，不能處于放大狀態(tài)）；注意：各條件必須同時滿足！4.3改進(jìn)型OCL電路內(nèi)部串接點ib=ib1ic1ie=ie2T1T2ic2ie1=ib2icicibieic=ic1+ic2=1ib1+2ib2=1ib1+2ie1=1ib1+2(1+1)ib1=1ib1+2ib1+1

2ib1

復(fù)合管的等效電流放大系數(shù)為：1

2ib1=1

2ib~~

T1為NPN型小功率管

T2為NPN型大功率管復(fù)合管為NPN型

(3)、復(fù)合管外部并接點4.3改進(jìn)型OCL電路icibieT1T2ic=ie2ic2ib=ib1ic1=ib2ieie1

T1為PNP型小功率管

T2為NPN型大功率管復(fù)合管為PNP型

復(fù)合管的等