功率放大电路课件

1、2022-1-21功率放大电路18.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题8.3 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8.4 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8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例功率放大电路功率放大电路2022-1-21功率放大电路2 2 本章本章主要讲述功率放大电路的基本原主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。理和基本分析方法。重点掌握功率放大电重点掌握功率放大电路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态，最大输出功率，转换和甲乙类工作状态，最大输出

2、功率，转换效率，交越失真等；掌握效率，交越失真等；掌握OCL的工作原理，的工作原理，并估算最大输出功率和效率；并估算最大输出功率和效率；正确理解功正确理解功率放大电路的组成原则，了解功放管的选率放大电路的组成原则，了解功放管的选择方法。择方法。内容简介2022-1-21功率放大电路38.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象2022-1-21功率放大电路41. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1) 功率放大电路的主要

3、特点功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。压和电流。管子工作在接近极限状态。 (2) 要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。4（3）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，也保护使用者。也保护使用者。 （1）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输）在电源电压确定的情况下，输

4、出尽可能大的输出功率（出功率（P0大时，效率影响大）；大时，效率影响大）； （2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。）工作于大信号状态容易产生非线性失真。2022-1-21功率放大电路5 5 无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。转换效率。 主要技术指标主要技术指标 （1）最大输出功率）最大输出功率Pom ：在电路参数确定的

5、情况下负载：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。可能获得的最大交流功率。 分析方法分析方法 工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。图解分析法。 （2）转换效率）转换效率 ：最大输出功率与电源提供的功率之比，：最大输出功率与电源提供的功率之比，即即 Vom/=PP 思考题：思考题：指标指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2022-1-21功率放大电路62. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 降低静态功耗，即减小静态电流。降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态四种工作状态 根据

6、正弦信号整个周期根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分内三极管的导通情况划分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于1802022-1-21功率放大电路72022-1-217 三极管根据正弦信号整三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：分为几个工作状态：乙类：乙类： = 180甲类：甲类： = 360甲乙类：甲乙类：180 360丙类：丙类： 180思考题：思考题： 思考题：思考题：提高功放效率的根本途径是减小有提高功放效率的根本途径

7、是减小有源器件（功放管）的静态功耗源器件（功放管）的静态功耗。%50max%5 .78max2. 晶体管的工作状态晶体管的工作状态 采用甲乙类工作状态最采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产丙类失真太大，乙类会产生交越失真。生交越失真。有时用半导通角0C00PPPDPP工作状态工作状态分析分析消耗在消耗在功放管的静态功耗功放管的静态功耗。2022-1-21功率放大电路8 8复习：R的电源供给功率图-耗能元件0tiuu , iPpPm=UmImP= Pm=UI12p0222)2cos1 (sinsinsin2ttttUIUIIUp2022-1-

8、21功率放大电路9 9复习：L 的电源供给功率图-P=0，储能元件ttttttXIUIUIIUuipL2sin2sinsincossin)sin(2222124Tt0pi， uuip4T4T4T2022-1-21功率放大电路101010iCQuCE(a)iCQOuCEiB0iCQOuCEiB0(b)(c) 图 功率放大器工作状态的分类（a） 甲类; （b） 乙类; （c） 甲乙类 本质：静态工作点不同，-偏置不同甲、乙类、甲乙类示意图2022-1-21功率放大电路1111甲乙丙状态的转移特性甲乙丙状态的转移特性iC / mA2.921.10tiC / mA432105101520UCE / V

9、05.51014.5uCE / VtiB /A6040200ttIB /A0QQQUBE / V0uBE / V0.720.700.74AQQQB60 A40 A20 AIB0甲类的输出特性思考：图中那些曲线应该用虚线表示乙类：乙类： = 180甲类：甲类： = 360甲乙类：甲乙类：180 360丙类：丙类： 0, 三极管V1导通, V2截止, V1管的射极电流ie1经CC自上而下流过负载, 在RL上形成正半周输出电压, uo0。 （2） 当输入信号为负半周时, ui0, 三极管V2导通, V1截止, V2管的射极电流ie2经CC自下而上流过负载, 在RL上形成负半周输出电压, uoT信信，

10、电容，电容C就就可充当原来的可充当原来的VCC。计算计算Po、PT、PV和和PTm的公式的公式必须加以修正，以必须加以修正，以VCC/2代替原代替原来公式中的来公式中的VCC。 2022-1-21功率放大电路4242 +Vcc/2 T1 T2 ui + uo - RL OTL功功率率放放大大电电路路 +Vcc OTL乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 优点：优点：单电源供电。单电源供电。 缺点：缺点：低频特性差。低频特性差。 静态时：静态时：基极电位为基极电位为Vcc/2（分析见（分析见书书P393），由于电容），由于电容C 的容量足够大，的容量足够大，若初始电压为若初始电压为0

11、，则基极电压通过，则基极电压通过T1管管发射结向电容发射结向电容C充电，直至近似为充电，直至近似为Vcc/2为止。为止。 输入信号正半周电源输入信号正半周电源Vcc向向T1管供管供电；输入信号负半周，电容电；输入信号负半周，电容C上存储上存储的电压的电压Vcc/2向向T2管供电。管供电。OutputTransformerLessAmplifier 无输出变压器（书无输出变压器（书P393）2022-1-21功率放大电路4343 本讲主要掌握以下内容：本讲主要掌握以下内容： 功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不失真信号功率和具有尽可能大的转

12、换效率；失真信号功率和具有尽可能大的转换效率； 晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；工作状态工作状态的本质是什么？的本质是什么？理想效率的计算（理想效率的计算（50%50%，78%78%，6565% %）。）。 OCLOCL电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。了解了解OTLOTL电路的定义，工作原理，优缺电路的定义，工作原理，优缺. .小结2022-1-21功率放大电路4444 无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放

13、大电路追求不失真的电压放各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。转换效率。 主要技术指标主要技术指标 （1）最大输出功率）最大输出功率Pom ：在电路参数确定的情况下负载：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。可能获得的最大交流功率。 分析方法分析方法 工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。图解分析法。 （2）转换效率）转换效率 ：最大输出功率与电源提供的功率之比，：最大输出功率与电源提供的功率

14、之比，即即 Vom/=PP 思考题：思考题：指标指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2022-1-21功率放大电路451. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1) 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。压和电流。管子工作在接近极限状态。 (2) 要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直

15、接驱动负载，带载能力要强。45（3）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，也保护使用者。也保护使用者。 （1）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输出功率（出功率（P0大时，效率影响大）；大时，效率影响大）； （2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。）工作于大信号状态容易产生非线性失真。2022-1-21功率放大电路46功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 降低静态功耗，即减小静态电流。降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态四种工作状态 根据正弦信号整个周期根据正弦信号整个周期

16、内三极管的导通情况划分内三极管的导通情况划分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于1802022-1-21功率放大电路4747(b)乙类乙类 class-B amplifier(c)甲乙类甲乙类 class-AB amplifier(d)丙类丙类 class-C amplifier4. 分类分类(a)甲类甲类 class-A amplifier四类电路的效率示意图由图知：黄色为电源输出平均功率，四类电路静态（平均）功耗逐步减小，效率提高。2022-1-21功率放大电路48484

17、8几类放大器的特点 甲类放大器的工作点设置在放大区的中间, 这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态, 输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）, 缺点是三极管有较大的静态电流ICQ , 这时管耗PC大, 电路能量转换效率低。 乙类放大器的工作点设置在截止区, 这时, 由于三极管的静态电流ICQ =0, 所以能量转换效率高, 它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大, 非线性失真大。 用互补电路弥补。用互补电路弥补。 甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区, 即三极管处于微导通状态, 这样可以有效克服乙类放大电路的交越失真问题, 且能量转换效率也较高,

18、 目前使用较广泛。2022-1-21功率放大电路49 四类电路分析：a与b比静态（平均）功耗减小，输出功率不变，效率提高c与d比静态（平均）功耗不变，输出功率提高，效率提高CQCCCmcmUomIUIUPP212022-1-21功率放大电路50乙类乙类电路组成电路组成 由一对由一对NPN、PNP特性相同的特性相同的互补三极管组成，采用正、负双互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。互补功率放大电路。1. 电路组成电路组成2. 工作原理工作原理 两个三极管在信号正、两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得负半周轮流导通，使负载得到一

19、个完整的波形。到一个完整的波形。正半周负半周2022-1-21功率放大电路5151 uo iC2max iC1max O t -uCE2 Q VCC-UCES1 uCE1 iC1 iL iC2 t VCC-UCES2 CESccomUVU(max)2(max)CESccoUVU乙类输出波形示意图-两管轮流导通，合成完整波形2022-1-21功率放大电路5252 -Vcc T1 T2 ui 1ei2ei+ uo - RL OCL功功 率率 放放 大大 电电 路路 +Vcc 1ei2eittOO2/TToutO2/TT无输出电容（无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路）乙类互补对称功率放大电

20、路 优点：优点：直接耦合，频率特性好。直接耦合，频率特性好。 缺点：缺点：双电源供电。双电源供电。电路组成及工作原理电路组成及工作原理双电源乙类互补功率放大电路。 这类电路又称无输出电容的功率放大电路, 简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容具体功率放大电路具体功率放大电路2022-1-21功率放大电路5353 +Vcc/2 T1 T2 ui + uo - RL OTL功功率率放放大大电电路路 +Vcc OTL乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 优点：优点：单电源供电。单电源供电。 缺点：

21、缺点：低频特性差。低频特性差。 静态时：静态时：基极电位为基极电位为Vcc/2（分析见（分析见书书P393），由于电容），由于电容C 的容量足够大，的容量足够大，若初始电压为若初始电压为0，则基极电压通过，则基极电压通过T1管管发射结向电容发射结向电容C充电，直至近似为充电，直至近似为Vcc/2为止。为止。 输入信号正半周电源输入信号正半周电源Vcc向向T1管供管供电；输入信号负半周，电容电；输入信号负半周，电容C上存储上存储的电压的电压Vcc/2向向T2管供电。管供电。OutputTransformerLessAmplifier 无输出变压器（书无输出变压器（书P393）2022-1-21功率放大电路5454 B A R2 R1 -Vcc T1 T2 ui 1ei2ei+ uo - RL 改改进进的的OCL功功率率放放大大电电路路1 +Vcc 因为在因为在u