模擬電子技術基礎第四章 功率放大電路

第四章功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點4.2互補對稱式功率放大電路4.3采用復合管的互補對稱式放大電路4.4集成功率放大器（自學內容）第一節(jié)功率放大電路的主要特點對放大電路的要求放大電路中三極管的工作狀態(tài)放大電路的分析方法下頁總目錄在一些電子設備中，常要求放大電路的輸出級能帶動某種負載，因而要求放大電路有足夠大的輸出功率。這種放大電路通稱為功率放大電路。功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。1.根據(jù)負載要求，提供足夠的輸出功率。最大輸出功率Pom

：在正弦輸入信號下，輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真指標時，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。21UcemIcm=

2·Icm2Pom=Ucem共射接法下一、對放大電路的要求下頁上頁首頁式中po

為放大電路輸出給負載的功率，而pv

為直流電源Vcc所提供的功率。popvη=放大電路的效率可表示為2.具有較高的效率。放大電路輸出給負載的功率由直流電源提供。在輸出功率比較大的情況下，效率問題更為重要。如果功率放大電路的效率不高，不僅造成能量的浪費，而且消耗在放大電路內部的電能將轉換成為熱量，使管子、元件等溫度升高，因而不得不選用較大容量的放大管和其他設備，很不經濟。下頁上頁首頁選用放大三極管時，極限參數(shù)應留有一定的余地。下頁上頁二、放大電路中三極管的工作狀態(tài)在功率放大電路中，三極管工作在大信號狀態(tài)，使得管子的特性曲線的非線性問題充分暴露出來。在實際的功率放大電路中，應根據(jù)負載的要求，盡量設法減小輸出波形的非線性失真。當功率放大電路工作時，應防止三極管的工作點超出安全工作區(qū)的范圍。首頁在功率放大電路中，由于三極管的工作點在大范圍內變化，因此，對電路進行分析時，一般不能采用微變等效電路法，常采用圖解法分析放大電路的靜態(tài)和動態(tài)工作情況。下頁上頁三、放大電路的分析方法從功率放大電路的上述特點，可以組成功率放大的具體電路?？紤]電路的具體形式時，主要應注意使放大電路具有足夠的輸出功率和較高的效率，并盡量減小輸出波形的非線性失真。首頁第二節(jié)

互補對稱式功率放大電路電路的組成和工作原理互補對稱電路主要參數(shù)的估算一、電路組成和工作原理1.

OTL乙類互補對稱電路R1

和R2確定放大電路的靜態(tài)電位。2

VCC調整R1

和

R2的值，使靜態(tài)時兩管的發(fā)射極電位為2

VCC電容C2兩端的電壓也等于動態(tài)時電容兩端的電壓保持0.5VCC的數(shù)值基本不變。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLOTL乙類互補對稱電路C1+下頁上頁首頁otic1otic2otiLotui交越失真ic1ic2iLui>0時VT1導通VT2截止。ui<0時VT2導通VT1截止。iL=iC1–iC2下頁上頁R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuoVT2PNPRLC1+首頁2.

OTL甲乙類互補對稱電路iC1iC2iLiB1iB2R

、VD1和VD2為兩管提供了靜態(tài)基極電流IB1和IB2避免了ui較小時兩管同時截止減小了交越失真。iC1

和

iC2不為零，靜態(tài)時為零下頁上頁R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+首頁iL=

iC1

–iC2OtiC1OtiC2OtiLOTL甲乙類互補對稱電路的波形圖OtuiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL注意：在分析和估算時，可認為OTL甲乙類和乙類互補對稱電路的工作狀態(tài)近似相同。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導通;靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大,效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內導通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小,效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC0，一般功放常采用。下頁上頁首頁Ucem

=VCC-UCES

靜態(tài)時

UCE1=+VCC,UCE2=-VCC。下頁上頁OCL甲乙類互補對稱輸出級-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL3.

OCL甲乙類互補對稱電路OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應，又有利于實現(xiàn)集成化，應用更為廣泛。首頁仿真OCL甲乙類互補對稱輸出級-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLOtiC1OtiC2OtiLOCL甲乙類互補對稱電路的波形圖Otui注意：在VCC值相等的情況下，OCL互補對稱電路的Icm值大約比OTL電路大一倍。下頁上頁存在的主要問題：兩個三極管的發(fā)射極直接連到負載電阻上，如果靜態(tài)工作點失調或電路內元器件損壞，將造成一個較大的電流長時間流過負載，可能造成電路損壞。為了防止出現(xiàn)此種情況，實際使用的電路中，常常在負載回路接入熔斷絲作為保護措施。首頁OCL電路優(yōu)點：省去了大電容，改善了低頻響應，利于實現(xiàn)集成化。ui>0時工作點沿QA上移。ui<0時工作點沿QB下移。下頁上頁

OCL互補電路的圖解法二、互補對稱電路主要參數(shù)的估算1.OCL互補對稱電路主要參數(shù)的估算首頁-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBIcm1Icm2Ucem1UCESVCCUcem2Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2對稱Icm1=

Icm2=IcmUcem

=VCC-UCES

Pom

≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2下頁上頁（1）最大輸出功率當滿足條件UCES<<VCC時首頁PV=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCpompvη=≈=78.5%4π下頁上頁（2）效率當輸出最大功率時，放大電路的效率等于最大輸出功率pom與直流電源提供的功率PV之比。當忽略飽和管壓降UCES時，OCL乙類和甲乙類互補對稱電路的效率為如果考慮三極管的飽和管壓降UCES，則OCL乙類和甲乙類互補對稱電路的效率將低于此值。首頁PV等于VCC與半個正弦波周期內三極管集電極電流的平均值的乘積，即下頁上頁（3）功率三極管的極限參數(shù)在OCL互補對稱電路中，流過三極管的最大集電極電流為：▼集電極最大允許電流ICM因此選擇功率三極管時，其集電極最大允許電流應為：首頁下頁上頁在OCL互補對稱電路中，兩個三極管的集電極電壓之和等于2VCC，即▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO當VT2導電時，VT1截止，此時VT1的集電極承受反向電壓。當VT2飽和時，VT1的集電極電壓達到最大，此時：或因此，功率三極管的集電極最大允許反向電壓應為首頁當忽略三極管的管壓降時，PTm=0.2Pom

下頁上頁在OCL互補對稱電路中，直流電源提供的功率PV，一部分轉換成輸出功率Po傳送給負載，另一部分則消耗在三極管內部，成為三極管的耗散功率PT

，使管子發(fā)熱。▼集電極最大允許耗散功率PCM經分析證明：當集電極輸出電壓的峰值UOM

≈0.6

VCC時，三極管的功率損耗達到最大，即PT=

PTm

。此時，每個三極管的最大管耗為:因此，在選擇功率三極管時應滿足，PCM>0.2Pom

首頁下頁上頁-uCE2QiC1OiC2uCE1AOB

OTL互補對稱電路的圖解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC交流負載線2.OTL互補對稱電路主要參數(shù)的估算2首頁Ucem1=

|

Ucem2|=Ucem若VT1、VT2對稱Icm1=

Icm2=IcmPom=Ucem

Icm=2121RLU2cemPom

≈81RLV2CC21RL(VCC/2–UCES)2=若滿足UCES

<<2VCC下頁上頁（1）最大輸出功率首頁Ucem

=VCC/2-UCES

PV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0pompvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π2πRLV2CC≈πVCCIcm=下頁上頁（2）效率首頁注意：OTL互補對稱電路的效率與OCL電路相同。下頁上頁（3）功率三極管的極限參數(shù)▼集電極最大允許電流ICM▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO三極管的最大管耗：PTm=0.2Pom

▼集電極最大允許耗散功率PCMPCM>0.2Pom

首頁第三節(jié)采用復合管的互補對稱放大電路復合管的接法及其β和rbe復合管組成的互補對稱放大電路下頁總目錄一、復合管的接法及其β和rbe復合管可由兩個或兩個以上的三極管組合而成。它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。無論由相同或不同類型的三極管組成復合管時，首先，在前后兩個三極管的連接關系上，應保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流的實際方向一致。其次，外加電壓的極性應保證前后兩個三極管均為發(fā)射結正偏，集電結反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。下頁上頁首頁rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2ic1ic2iE1=iB2iEiciBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1與NPN型三極管等效下頁上頁VT1VT2bec首頁ic1=iB2iE2iB1iBic2iciE1iEΔic=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與NPN型三極管等效ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1Δic2=β1β2ΔiB1下頁上頁VT2VT1bec首頁rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2與PNP型三極管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與PNP型三極管等效下頁上頁iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec首頁二、復合管組成的互補對稱放大電路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoR