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1、模电课件第七章功率放大电路本讲稿第一页，共二十一页7.1 概述概述w功率放大器的用途和特点功率放大器的用途和特点w功放提高效率的主要途径功放提高效率的主要途径2本讲稿第二页，共二十一页模拟电子技术设备的四大部分如图：模拟电子技术设备的四大部分如图：模拟电子技术设备的四大部分如图：模拟电子技术设备的四大部分如图：电压电压放大器放大器功率功率放大器放大器负载负载（换能器）（换能器）把电能转换把电能转换为其他形式为其他形式的能量的能量 功放以输出功率为直接目的。功放以输出功率为直接目的。为了获得大的输出功率，为了获得大的输出功率，必须使必须使 输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输输出信号电压
2、大；输出信号电流大；放大电路的输输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配出电阻与负载匹配出电阻与负载匹配出电阻与负载匹配。高效率地向负载提高效率地向负载提供失真不大的额定供失真不大的额定功率，以驱动执行功率，以驱动执行机构机构把微弱的信号电把微弱的信号电压放大，是小信压放大，是小信号放大器号放大器信号源信号源7.1.1功率放大器的用途和特点功率放大器的用途和特点3本讲稿第三页，共二十一页功放电路的特殊问题功放电路的特殊问题功放电路的特殊问题功放电路的特殊问题1、输出功率、输出功率2、效率、效率为获得大的功率输出，要求功放管的电压电
3、流都有为获得大的功率输出，要求功放管的电压电流都有足够大的输出幅度，因此管子通常在足够大的输出幅度，因此管子通常在极限极限极限极限状态下工作。状态下工作。主要技术指标：主要技术指标：最大输出功率最大输出功率最大输出功率最大输出功率P Pomom。功率放大器的输出功率是由直流电源能量转换得到的。其功率放大器的输出功率是由直流电源能量转换得到的。其转换能力称集电极效率转换能力称集电极效率转换能力称集电极效率转换能力称集电极效率，即，即PT：耗散在管子集电极上：耗散在管子集电极上的功率，称管耗的功率，称管耗4本讲稿第四页，共二十一页3、非线性失真、非线性失真4、功放管的散热问题、功放管的散热问题5、
4、分析方法、分析方法 由于功率放大器工作在大信号状态，不可避免要由于功率放大器工作在大信号状态，不可避免要产生非线性失真。且输出功率越大，失真越大。实际中产生非线性失真。且输出功率越大，失真越大。实际中需需在获得最大功率的同时，尽可能把非线性失真限制在在获得最大功率的同时，尽可能把非线性失真限制在在获得最大功率的同时，尽可能把非线性失真限制在在获得最大功率的同时，尽可能把非线性失真限制在允许的范围内允许的范围内允许的范围内允许的范围内。功放管在极限运用时，功放管在极限运用时，u uCECE最大值最大值 接近接近U U（BR）CEO，i iC C最大最大值值 接近接近I ICMCM，P Po o接
5、近接近PCMCM，且有相当，且有相当大功率消耗在集电结大功率消耗在集电结上，要考虑功放管的散热和保护问题。上，要考虑功放管的散热和保护问题。在大信号下，小信号模型已不在适用，需采用在大信号下，小信号模型已不在适用，需采用图解图解分析法分析法。5本讲稿第五页，共二十一页7.1.2 功放提高效率的主要途径功放提高效率的主要途径 PT 管子在信号一周期内导通时间越短，相应管耗越小，管子在信号一周期内导通时间越短，相应管耗越小，效率就越高。效率就越高。在低频功放电路中，按管子集电极电流流通时间的在低频功放电路中，按管子集电极电流流通时间的不同可分为：不同可分为：甲（甲（A)类放大类放大乙乙(B)类放大
6、类放大甲乙甲乙(AB)类放大类放大6本讲稿第六页，共二十一页甲类：甲类：Q点设在放大区中部，点设在放大区中部，整个信号周期内整个信号周期内iC0甲乙类：管子在静态时微导通，甲乙类：管子在静态时微导通，信号半周期以上信号半周期以上iC0。乙类：乙类：Q点设在截止区边缘，点设在截止区边缘，信号半周期内信号半周期内iC0。最低，最低，50%。失真最小。失真最小。最高，最高，可接近可接近78.5%。失。失真最大。真最大。略低于乙类。略低于乙类。7本讲稿第七页，共二十一页7.2 互补推挽功率放大电路互补推挽功率放大电路w乙类互补推挽放大电路乙类互补推挽放大电路w甲乙类互补推挽放大电路甲乙类互补推挽放大电
7、路w单电源互补推挽放大电路单电源互补推挽放大电路w采用复合管的功率输出级采用复合管的功率输出级 乙类和甲乙类放大的效率较高，但波形严重失真。乙类和甲乙类放大的效率较高，但波形严重失真。为解决效率和失真的矛盾，需要在电路结构上采取措为解决效率和失真的矛盾，需要在电路结构上采取措施。施。8本讲稿第八页，共二十一页7.2.1 乙类互补推挽放大电路乙类互补推挽放大电路1、电路结构、电路结构T1为为NPN管，与负载管，与负载RL组成正组成正向跟随向跟随ui的射极输出器；的射极输出器；T2为为PNP管，与负载管，与负载RL组成反组成反向跟随向跟随ui的射极输出器；的射极输出器；9本讲稿第九页，共二十一页2
8、、工作原理、工作原理 当当ui 处于正半周时，处于正半周时，T1导通，导通，T2截截止，电流通止，电流通iC1过负载过负载RL。当当ui为负半周时，为负半周时，T2导通，导通，T1截止，截止，电流电流iC2通过负载通过负载RL。T1、T2轮流导通，轮流导通，在负载在负载RL上上合成一个合成一个完整的不失真波形。完整的不失真波形。利用两个特性对称的反型利用两个特性对称的反型BJT互相补互相补足的特点，完成推挽放大功能，故称双足的特点，完成推挽放大功能，故称双电源供电的互补对称推挽功率放大器。电源供电的互补对称推挽功率放大器。10本讲稿第十页，共二十一页设输入信号：设输入信号：ui=Uimsint
9、输出信号电压幅值：输出信号电压幅值：Uom=Ucem Uim输出信号电流幅值：输出信号电流幅值：Iom=Icm11本讲稿第十一页，共二十一页1）输出功率）输出功率Po管子尽限运用时，管子尽限运用时，2）直流电源供给的功率）直流电源供给的功率Pv 互补推挽电路中，正、负电源在一周内轮流供电，故电源提互补推挽电路中，正、负电源在一周内轮流供电，故电源提供的总功率为：供的总功率为：管子尽限运用时，管子尽限运用时，3、主要参数估算、主要参数估算12本讲稿第十二页，共二十一页3）效率）效率管子尽限运用时，管子尽限运用时，4）管耗）管耗PTT1、T2在信号一周内轮流导通，则在信号一周内轮流导通，则PT1=
10、PT2。乙类工作时，静乙类工作时，静态管耗为零态管耗为零PT是是Uom的二次函数。可用的二次函数。可用PT对对Uom求导的办法求出其最大求导的办法求出其最大值：值：13本讲稿第十三页，共二十一页当当时，时，PT取得最大值。取得最大值。T1、T2在信号一周内轮流导通，则在信号一周内轮流导通，则 PT1=PT214本讲稿第十四页，共二十一页4）功率管参数的选择）功率管参数的选择 U(BR)CEO的选择的选择 ICM的选择的选择 PCM的选择的选择T1导通导通T2截止时，截止时，T2所承受的最大反所承受的最大反压为压为T1、T2的最大反压为的最大反压为15本讲稿第十五页，共二十一页7.2.2 甲乙类
11、互补推挽放大电路甲乙类互补推挽放大电路1、交越失真、交越失真因因IB=0，形，形成死区电成死区电压压交越失真交越失真16本讲稿第十六页，共二十一页2、甲乙类互补推挽电路、甲乙类互补推挽电路 为消除交越失真，可给为消除交越失真，可给T1、T2一很小的偏置电压，一很小的偏置电压，使其在静态时处于使其在静态时处于微导通微导通状态。状态。二极管提供偏置二极管提供偏置UBE倍增电路提供偏置倍增电路提供偏置17本讲稿第十七页，共二十一页3 单电源互补推挽放大电路单电源互补推挽放大电路OTL电路电路 R1、R2提供合适的直流偏提供合适的直流偏置，并使置，并使 当当ui0，T3导电，导电，C通过通过RL放电。
12、放电。18本讲稿第十八页，共二十一页由于由于T2、T3的工作电压均为的工作电压均为0.5VCC，因而，因而Po、PT、Pv等的等的计算，只须将乙类互补电路指计算，只须将乙类互补电路指标计算中的标计算中的VCC代之以代之以0.5VCC即可。即可。可用一个电源可用一个电源VCC和一个电容和一个电容C代替双电源。代替双电源。19本讲稿第十九页，共二十一页4、带自举的、带自举的OTL电路电路R3、C3为自举电路。为自举电路。静态时，静态时，C3充电至充电至当当ui0，T2导电，由于导电，由于C3足够大，足够大，UC不变，则不变，则20本讲稿第二十页，共二十一页当输出为正半周当输出为正半周uo增大增大时，时，G点电位点电位VG=UC3+VCC/2+uo在在uo接近接近VCC/2时，时，VG瞬瞬时电位可高于时电位可高于VCC，靠，靠C3给给T2基极提供电流，基极提供电流，T2的饱和便不受限制。的饱和便不受限制。21本讲稿第二十一页，共二十一页