功率放大电路ppt课件

1、5 5功率放大电路功率放大电路引言引言v功放电路的晶体管是任务在大信号形状，功放电路的晶体管是任务在大信号形状，所以应采用图解分析法。所以应采用图解分析法。v功放电路要求能输出一定的功率，所以功放电路要求能输出一定的功率，所以和以前的分析偏重点又有所不同，主要和以前的分析偏重点又有所不同，主要是分析放大电路的输出功率、效率和非是分析放大电路的输出功率、效率和非线性失真问题。线性失真问题。v在电路方面，主要是引见互补对称在电路方面，主要是引见互补对称功放电路、集胜利放实例以及功放功放电路、集胜利放实例以及功放器件的散热问题。器件的散热问题。5.15.1功率放大电路的普通问题功率放大电路的普通问题

2、v1.1.功率放大电路的特点及主要研讨对象功率放大电路的特点及主要研讨对象v(1)(1)输出功率要足够大输出功率要足够大v(2)(2)效率要高效率要高v(3)(3)非线性失真要小非线性失真要小v(4)(4)BJTBJT器件一定要处理好散热问题器件一定要处理好散热问题2.2.功率放大电路提高效率的途径功率放大电路提高效率的途径v(1)(1)功放管的任务形状功放管的任务形状va.a.甲类任务形状甲类任务形状( (如图如图5.1.1(a)5.1.1(a)所示所示) )v Q Q点在输出特性曲线线性区的中点，此时，点在输出特性曲线线性区的中点，此时，晶体晶体 管管 的导通角的导通角22，在信号的一个周

3、，在信号的一个周期内期内iC0iC0。v这类任务形状的特点是：耗电量较大，效率这类任务形状的特点是：耗电量较大，效率低低(30%)(0iC0。v这类任务形状特点是：省电，效率高这类任务形状特点是：省电，效率高( (约为约为78.5%),78.5%),存在交越失真。存在交越失真。转转9vc.甲乙类任务形状甲乙类任务形状(如图如图5.1.1(c)所示所示)vQ点在输出特性曲线线性区的下方、截止区点在输出特性曲线线性区的下方、截止区的上方，此时，晶体管的导通角的上方，此时，晶体管的导通角0。v这类任务形状的特点是：省电，效率高这类任务形状的特点是：省电，效率高(约为约为78.5%)，交越失真小。，交

4、越失真小。d.丙类任务形状丙类任务形状(如图如图5.1.1(d)所示所示)vQ点在输出特性曲线坐标系横轴的下方、截点在输出特性曲线坐标系横轴的下方、截止区的下方，此时，晶体管的导通角止区的下方，此时，晶体管的导通角0。v这类任务形状的特点是：省电，效率高这类任务形状的特点是：省电，效率高(约为约为78.5%)，交越失真大。多用于高频放大电路，交越失真大。多用于高频放大电路中中(本书略本书略)。5.25.2乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路v5.2.15.2.1电路组成电路组成v如图如图5.2.1 5.2.1 所示。所示。v乙类双电源互补对称功率放大电路实践乙类双电源互

5、补对称功率放大电路实践上是由两个不同类型晶体管构成的射极上是由两个不同类型晶体管构成的射极输出器组成。输出器组成。转转14转转195.2.15.2.1电路分析计算电路分析计算v如图如图5.2.25.2.2所示。所示。v由图由图(a)(a)可知，管子的可知，管子的Q Q点在坐标系的横点在坐标系的横轴上，把两个管子的输出特性曲线重合轴上，把两个管子的输出特性曲线重合画成一个复合特性曲线如图画成一个复合特性曲线如图(b)(b)所示。所示。v在晶体管尽限运用形状，在晶体管尽限运用形状，vCE的变化范围为的变化范围为2(VCCVCES)2Vcem2IcmRL，假设，假设忽略管子的饱和压降忽略管子的饱和压

6、降VCES ，那么，那么vVcemIcmRLVCCv1.输出功率的计算输出功率的计算v设输出电压的幅值为设输出电压的幅值为VomvPoVo Io).(LomLomom12521222RVRVV在图在图5.2.1中，中，T1、 T2可以可以 看看 成成 是是 工工 作作 在在 射射极输出器形状，极输出器形状，AV ，当输入信号足够大时，当输入信号足够大时,可使可使Vim Vom Vcem VCCVCESVCC和和IomIcm可获得最大输出功率可获得最大输出功率).(LCCLceLomom225222222RVRVRVP2.管耗管耗由于两管交替导通，每一只的管耗是相等由于两管交替导通，每一只的管耗

7、是相等的，只需求出一虽然子的管耗就行了。设输出的，只需求出一虽然子的管耗就行了。设输出信号电压为信号电压为voVomsint，那么，那么T1的管耗为的管耗为 )()()sinsin()(sin)sin()()(omomCCLLomLomCCLomomCCLooCCT1422222VVVRtdRtVtRVVtdRtVtVVtdRvvVP).()(omomCCLT2T1T425422VVVRPPP而两管的功耗为而两管的功耗为3.3.直流电源供应的功率直流电源供应的功率 PVPVPV PV 包括负载上得到的信号功率包括负载上得到的信号功率PoPo和和T1T1、T2T2上耗费的功率上耗费的功率PTPT

8、两部分。两部分。当当vi0时，由于时，由于iC1iC20,所以所以,PV 0； 当当vi0时，由式时，由式(5.2.1)、(5.2.4)得：得：).(LomCCTo5252RVVPPPV当输出电压幅值到达最大时，即当输出电压幅值到达最大时，即VomVCC时，那么得电源供应的最大功率为：时，那么得电源供应的最大功率为：4.4.效率效率普通情况下效率为普通情况下效率为).(LCC62522RVPV).(CComo7254VVPPV当当VomVCC时，那么时，那么该结论是在假定互补对称功率放大电路任务在乙类、负载电阻为理想值，忽略VCES和输入信号足够大(VimVomVCC)的情况下得来的，实践效率

9、要比该值低一些。).(%.8255784PVPo5.2.35.2.3功率晶体管的选择功率晶体管的选择v1.1.最大管耗和最大输出功率的关系最大管耗和最大输出功率的关系v任务在乙类的根本互补对称电路，在静态时，任务在乙类的根本互补对称电路，在静态时，管子几乎不取电流，管耗接近于零，因此，管子几乎不取电流，管耗接近于零，因此，当输入信号较小时，输出功率较小，管耗也当输入信号较小时，输出功率较小，管耗也小，这是容易了解的。小，这是容易了解的。v但是，当输入信号愈大时，输出功率能否也但是，当输入信号愈大时，输出功率能否也愈大？最大管耗发生在什么情况下呢？由式愈大？最大管耗发生在什么情况下呢？由式(5.

10、2.3)知，管耗知，管耗PT1是输出电压幅值是输出电压幅值Vom的的函数，因此，可以用求极值的方法经过式函数，因此，可以用求极值的方法经过式(5.2.3)求解。由式求解。由式(5.2.3)有：有：).()()(CComomCComT1omCCLomT192520202故，则令VVVVdVdPVVRdVdP具有最大管耗。时功放管上式表明，当CCCCom. VVV602所以，可证所以，可证( (式式5.2.10)5.2.10)，每管的最大管耗与，每管的最大管耗与电路最大输出功率的关系为：电路最大输出功率的关系为：).(.oLCCT1m1125202PRVPv上式阐明，每管的最大管耗为最大输出上式阐

11、明，每管的最大管耗为最大输出功率的功率的1/51/5，选管时，只需管耗大于该，选管时，只需管耗大于该值即可。值即可。v2. 2. 功率晶体管的选择功率晶体管的选择v(1)(1)每只晶体管的每只晶体管的PCMPCM必需大于必需大于P P T1m0.2PoT1m0.2Po；v(2)(2)思索道当思索道当T2T2饱和导通时，饱和导通时，vCE20vCE20，此时晶体管此时晶体管T1T1接受电压为最大值，且接受电压为最大值，且vCEvCE2VCC2VCC，选管时，晶体管应选用，选管时，晶体管应选用 V(BR)CEO 2VCCV(BR)CEO 2VCC的管子；的管子；v(3)(3)功放管任务时，经过的最

12、大电流功放管任务时，经过的最大电流为为VCCVCCRLRL，所选晶体管的，所选晶体管的ICM ICM 普通不普通不能低于此值。能低于此值。v例例5.2.1 (P204205) 功放电路如图功放电路如图5.2.1a所示，所示，设设VCC12V，RL8，BJT的极限参数为的极限参数为ICM2A， V(BR)CEO 30V，PCM5W。试求：试求：(1)最大输出功率最大输出功率Pom值，并检验所给值，并检验所给BJT能否能平安任务能否能平安任务?v(2)放大电路在放大电路在0.6时的输出功率时的输出功率Po值。值。转转34解：解：(1)(1)求求PomPom，并检验，并检验BJTBJT的平安任务情况

13、的平安任务情况由式由式(5.2.2)(5.2.2)可求出可求出W)V(LCCom98212222RVP经过经过BJT的最大集电极电流、的最大集电极电流、BJTc、e极间的极间的最大压降和它的最大管耗分别为最大压降和它的最大管耗分别为A.VLCCCM51812RVivCEm2VCC24VPT1m0.2Pom0.29W1.8 W所求所求iCM、vCEm和和PTlm，均分别小于极限，均分别小于极限参数参数ICM、 V(BR)CEO 和和PCM，故，故BJT能能平安任务。平安任务。(2)求0.6时的Po值由式(5.2.7)可求出W.V).().(V.V.LomoomCCom35829221252912

14、460422式得：代入将RVPVVV5.3甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路v交越失真：对于乙类互补对称功率放大交越失真：对于乙类互补对称功率放大电路，由于无直流偏置，两管交替导通电路，由于无直流偏置，两管交替导通时必需先经过截止区，由此将产生交越时必需先经过截止区，由此将产生交越失真如图失真如图5.3.1(b)5.3.1(b)所示。所示。处理方案：给功放管加一小偏置，使功放管处理方案：给功放管加一小偏置，使功放管任务在甲乙类形状，以消除交越失真。任务在甲乙类形状，以消除交越失真。5.3.15.3.1甲乙类双电源互补对称功放电路甲乙类双电源互补对称功放电路如图如图5.3.25

15、.3.2所示。所示。T3T3为前置放大级，为前置放大级，Rc3Rc3为其集为其集电极负载电阻，电极负载电阻，D1D1、D2D2为为T1T1、T2T2的偏置电路。的偏置电路。由于由于T1T1、T2T2处于微偏形状，晶体管任务在甲处于微偏形状，晶体管任务在甲乙类形状，根本可以消除交越失真。乙类形状，根本可以消除交越失真。转转41缺陷：缺陷：T1T1、T2T2的偏置电压不易调整。的偏置电压不易调整。v图图5.3.35.3.3为另一偏置电路。为另一偏置电路。v可证，可证，VCE4VCE4 VBE4 (R1VBE4 (R1R2)/ R2 R2)/ R2 ，( (电路电路中中IR1IB4IR1IB4，这种

16、电路称为，这种电路称为VBEVBE倍增电路倍增电路) )，经过调整经过调整R R* *1 1，即可调整，即可调整T1T1、T2T2的偏置电压。的偏置电压。该电路多用于集成电路中。该电路多用于集成电路中。转转43v图图5.3.3为分别元件电路常用电路。该电为分别元件电路常用电路。该电路调整路调整Rp即可改动即可改动T1、T2的偏置电压，的偏置电压，使之任务在甲乙类形状，这类电路通常使之任务在甲乙类形状，这类电路通常称为甲乙类称为甲乙类OTL电路电路转455.3.25.3.2甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路v1.1.根本电路根本电路v如图如图5.3.45.3.4所示。所示。v该电路

17、是采用一个电源供电的互补对称型该电路是采用一个电源供电的互补对称型电路，该电路每一虽然子的供电电源为电路，该电路每一虽然子的供电电源为VCC / VCC / 2 2，K K点电位静态时为点电位静态时为VCC / 2VCC / 2。可经过调整。可经过调整R2R2来实现。来实现。转转47v输出电容输出电容C在在T1任务时，对任务时，对C进展充电，当进展充电，当T1 截止截止T2导通时，导通时，C上的充电电压作为上的充电电压作为T2的的供电电源，给供电电源，给T2提供能量。提供能量。T3为前置放大级，为前置放大级，它组成的是分压式电流负反响偏置电路，具它组成的是分压式电流负反响偏置电路，具有稳定静态

18、任务点的功能。有稳定静态任务点的功能。v2.任务原理任务原理va. vi的负半周，的负半周，T1正偏导通，正偏导通，T2反偏截止，电流反偏截止，电流iC1经：经：vVCCT1c极极T1e极极KCRLv地地(经过电源内部经过电源内部)VCC构成回路，构成回路，v如图如图5.3.4(a)所示。所示。转转50v对负载输出正半周信号，负载电流的方向为对负载输出正半周信号，负载电流的方向为自上而下，同时对电容自上而下，同时对电容C C进展充电；进展充电；vb.b.vivi的正半周，的正半周，T1T1反偏截止，反偏截止，T2T2正偏导通，正偏导通，电流电流iC2iC2经：经：vK K点点T2eT2e极极T

19、2cT2c极极地地vRLCKRLCK点构成回路点构成回路v如图如图5.3.4(b)5.3.4(b)所示。所示。v对负载输出负半周信号，负载电流的方向为对负载输出负半周信号，负载电流的方向为自下而上，同时电容经过回路进展放电。自下而上，同时电容经过回路进展放电。v由于输出电容由于输出电容C的容量较大，无论是充电或的容量较大，无论是充电或是放电，其两端的电压根本坚持在是放电，其两端的电压根本坚持在VCC/2不不变。变。v3.3.该电路存在的问题该电路存在的问题v当当T1T1正偏导通，给输出电容正偏导通，给输出电容C C充电，使充电，使K K点电点电位向位向VCCVCC接近时，接近时， T1T1的基

20、极电流将遭到限的基极电流将遭到限制而使制而使T1T1不能充分导通，一致使输出信号的不能充分导通，一致使输出信号的正半周不能到达理想的最大值。致使正半周不能到达理想的最大值。致使VomVom明显明显小于小于VCC / 2VCC / 2。v处理方法：处理方法：v当当T1正偏导通时，随着正偏导通时，随着iC1的添加电路的添加电路自动提高自动提高D点的电位，使点的电位，使VD VCC，以保证以保证T1能充分导通能充分导通,从而使从而使Vom接近接近于于VCC / 2。v4.自举电路及其作用自举电路及其作用v如图如图5.3.5所示所示v(1)自举电路的组成自举电路的组成v自举电路是由自举电路是由R3、C3组成。其时间常数组成。其时间常数 R