第9章 大学模拟电子电路

1、第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 第九章第九章 功率放大电路功率放大电路9.1 概述概述 9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路 9.3 功率放大电路功率放大电路的安全运行的安全运行 9.4 集成功率放大电路集成功率放大电路 3.5 集成运算放大电路集成运算放大电路 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 9.1 功率放大电路概述功率放大电路概述1. 主要技术指标主要技术指标 1） 根据负载要求，提供尽可能大的输出功根据负载要求，提供尽可能大的输出功率率,功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率放大电路

2、提供给负载的信号功率称为输出功率。当输入正弦信号时，功率。当输入正弦信号时， 在输出波形不超过规在输出波形不超过规定的非线性失真范围的情况下，放大电路最大输定的非线性失真范围的情况下，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积称为出电压和最大输出电流有效值的乘积称为最大输最大输出功率出功率Pom，即，即Pom=UoIo 9.1.1. 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 2） 具有较高的效率具有较高的效率 从前面的分析可知，所有的放大电路实质上都是从前面的分析可知，所有的放大电路实质上都是能量变换器。能量

3、变换器。负载上所得到的信号功率实际上是由直负载上所得到的信号功率实际上是由直流电源通过放大器件转换而来的流电源通过放大器件转换而来的。当供给功率放大电。当供给功率放大电路的直流电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大路的直流电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大的功率，就必须减小损耗，因此提高功率放大电路的的功率，就必须减小损耗，因此提高功率放大电路的能量转换效率是一个重要问题。能量转换效率是一个重要问题。 功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率之比，用所提供的功率之比，用表示，即表示，即式中式中, PV为直流电源所提供的功率。为直流电源

4、所提供的功率。 VomPP 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 3） 尽量减小非线性失真尽量减小非线性失真 在功率放大电路中，为了使输出功率尽可能大，在功率放大电路中，为了使输出功率尽可能大，三极管一般都工作在三极管一般都工作在极限状态极限状态，瞬时工作点将运动到，瞬时工作点将运动到接近于管子的饱和区和截止区，接近于管子的饱和区和截止区， 输出信号不可避免地输出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率越大，非线性失真越会有非线性失真，而且输出功率越大，非线性失真越严重。因此必须注意功放管的正确选择，严重。因此必须注意功放管的正确选择， 要保证管子要

5、保证管子的最大耗散功率的最大耗散功率PCM、最大集电极电流、最大集电极电流ICM、最大管压、最大管压降降U(BR)CEO不超过限定范围，不超过限定范围，使管子工作在安全工作区。使管子工作在安全工作区。 由于功率放大电路中的三极管通常都工作在由于功率放大电路中的三极管通常都工作在大信大信号号状态，状态， 因此在进行分析时，一般不采用小信号等效因此在进行分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用电路法，而是采用图解法图解法进行功放电路的静态和动态进行功放电路的静态和动态分析。分析。 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 2. 功率放大电路提高效率的主要途

6、径功率放大电路提高效率的主要途径 功率放大电路的形式很多，按放大电路不同的工功率放大电路的形式很多，按放大电路不同的工作状态，作状态， 可分为可分为甲类放大、甲类放大、 乙类放大、甲乙类放大。乙类放大、甲乙类放大。 在前面所讨论的电压放大电路中，输入信号在整在前面所讨论的电压放大电路中，输入信号在整个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式称为个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式称为甲类放大甲类放大， 其工作状态如图（其工作状态如图（a）所示，由图可见）所示，由图可见iC0。 在甲类放大电路中，直流电源所提供的功率在没在甲类放大电路中，直流电源所提供的功率在没有信号输入时，有信号输入时，

7、 全部消耗在管子和电阻上；当有信号全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时，一部分转化为有用的输出功率，另一部分消输入时，一部分转化为有用的输出功率，另一部分消耗在器件上。可以证明耗在器件上。可以证明, 即使在理想情况下，甲类放即使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到大电路的效率最高也只能达到50%。 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 iCiCOwtOICQQiB 常数uCE(a) 甲类放大甲类放大第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 怎样才能使电源所提供的功率尽可能多地转化为有用怎样才能使电源所提

8、供的功率尽可能多地转化为有用的信号输出功率呢？要想提高放大电路的效率，只有减小损的信号输出功率呢？要想提高放大电路的效率，只有减小损耗。从甲类放大电路可知，耗。从甲类放大电路可知，静态电流是造成管耗的主要因素静态电流是造成管耗的主要因素。如果把静态工作点向下移动，使信号等于零时，电源的输出如果把静态工作点向下移动，使信号等于零时，电源的输出功率也等于零（或很小），功率也等于零（或很小）， 信号增大时电源供给的功率也信号增大时电源供给的功率也随之增大，随之增大， 这样电源所提供的功率和管耗都会随着输出功这样电源所提供的功率和管耗都会随着输出功率的大小而变化。率的大小而变化。 利用图（利用图（b）

9、和（）和（c）所示工作情况，可）所示工作情况，可以实现上述设想。图（以实现上述设想。图（b）中，一个周期内只有半个周期）中，一个周期内只有半个周期iC0，称为乙类放大；在图（，称为乙类放大；在图（c）中，有半个周期以上）中，有半个周期以上iC0，称为甲乙类放大。称为甲乙类放大。 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 wtiCiCuCEOQiB 常数O(b) 乙类放大乙类放大第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 iCiCOICQQiB 常数wtuCEO(c) 甲乙类放大甲乙类放大第1章 晶体二极管与三极管 整理p

10、pt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 9.1.2 功率放大电路的组成功率放大电路的组成一.小功率共射放大电路的输出功率和效率的分析第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 二二.单管变压器耦合功率放大电路单管变压器耦合功率放大电路CCCQCCCQomVIVIP2122第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 图图9.1.3 变压器耦合乙类变压器耦合乙类推挽功率放大电路推挽功率放大电路1ci第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 图图9.1.4 OTL电路电路 p.485三

11、三.无输出变压器的功率放大电路无输出变压器的功率放大电路(大电容大电容C取代变压器取代变压器)第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 图图9.1.5 OCL电路电路 p.486四四.无输出电容的功率放大电路无输出电容的功率放大电路CCV第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 图9.1.6 BTL电路五五.无输出电容的功率放大电路无输出电容的功率放大电路(单电源供电单电源供电)CCV第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 9.2 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称

12、功率放大电路 p.4871. 电路组成电路组成由一对由一对NPN、PNP特性相特性相同的互补三极管组成，采同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。电用正、负双电源供电。电路也称为路也称为OCL互补功率放互补功率放大电路。大电路。2. 工作原理工作原理 两个三极管在信号一个两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使正、负半周轮流导通，使负负载得到一个完整的波形。载得到一个完整的波形。第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形实际测试波形0V1uBE2uBE1iB20Ui t0iL交越失真 ti

13、B1V2第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt图9.2.1 交越失真的产生返回返回第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 图图9.2.1 消除交越失真的消除交越失真的OCL电路电路第1章 晶体二极管与三极管 整理pptT1和T2管在ui作用下 输入特性中的图解分析第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 输出功率及效率计算输出功率及效率计算 p.4881） 最大输出功率最大输出功率PomLCESCCLcemcemcmomRUURUUIP2)(212122 在理想情况下在理想情

14、况下UCES0， 所以所以 LCCCCcmomRUUIP22121 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 2） 直流电源提供的功率直流电源提供的功率PViC=Icmsint 因此，两个直流电源所提供的总功率等于其因此，两个直流电源所提供的总功率等于其电源电压与平均电流的乘积，即电源电压与平均电流的乘积，即LCESCCCCCCcmcmCCVRUUUUItdtIUP)(22)(sin2120 w ww w 由于每个直流电源只提供半个周期的电流由于每个直流电源只提供半个周期的电流 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路

15、 3） 效率效率 CCCESCCCCcemCCcmcemcmVomUUUUUUIUIPP 44221 理想情况下，忽略理想情况下，忽略UCES， 则则 %5 .784 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 4） 集电极管耗集电极管耗PT p.491 LcemCCLcemcemcmCCcmomVTRUURUUIUIPPP22122121221)(21 集电极管耗是指每个三极管集电极上所损耗的功率，集电极管耗是指每个三极管集电极上所损耗的功率， 用用PT表示。由于上述电源所提供的功率和负载上获得的功率是对表示。由于上述电源所提供的功率和负载上获得的功率是对

16、两个三极管而言的，两个三极管而言的， 因此每个三极管的集电极管耗为因此每个三极管的集电极管耗为 令令dPT/dUcem=0，三极管的管耗为最大，三极管的管耗为最大，LCCTRUP22max1 omomTPPP2 . 022max 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 9.2.3 功放三极管的选择功放三极管的选择 从前面的分析可知，在从前面的分析可知，在OCL电路中，每只功放电路中，每只功放管的最大管耗为管的最大管耗为PTmax0.2Pom，它的集，它的集-射之间最大射之间最大压降为压降为2UCC，它的最大集电极电流为，它的最大集电极电流为UCC/RL，

17、因此，因此在选择功放管时应满足下列条件：在选择功放管时应满足下列条件： 每只功放管最大允许管耗每只功放管最大允许管耗: PCM0.2omax； 功放管集、功放管集、 射之间反向击穿电压射之间反向击穿电压: U(BR)CEO2UCC；每只功放管最大允许集电极电流每只功放管最大允许集电极电流: ICMUCC/RL。 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 例例9.2.1 p492例例9.2.2 p492（1）最大输出功率为）最大输出功率为 WRUVPLCESCCom182)(2 WRUPUiULomm16,0)2(20 则则因因为为%8 .624)( CCC

18、ESCCVUV 效率为效率为 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 【例【例3-4】功率放大电路如图】功率放大电路如图9.2.2所示，设功所示，设功率管率管1=2=15, 电源电压电源电压UCC=16 V, 负载负载RL=4 ，三极管饱和压降三极管饱和压降UCES=0 V，试求电路最大不失真，试求电路最大不失真输出功率、输出功率、 满功率输出时的管耗及最大管耗、功满功率输出时的管耗及最大管耗、功放电路的效率和输入信号的功率。放电路的效率和输入信号的功率。 解：解： 在图在图9.2.2，V1为为PNP管，管，V2为为NPN管，管，R2、VD1、VD2上产

19、生的压降之和应略大于上产生的压降之和应略大于V1、V2两管的导通电压之和，从而使两管的导通电压之和，从而使V1、V2管有一个小管有一个小的静态电流，并可由的静态电流，并可由R2来调节静态电流的大小。来调节静态电流的大小。 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 电路的最大输出电流峰值为电路的最大输出电流峰值为 ARUILCCom4416 最大输出功率为最大输出功率为 WUIPcemomom321642121 电源供给的直流功率为电源供给的直流功率为 WUIPCComV7 .4016422 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 输出功率最大（满功率输出）时的管耗输出功率最大（满功率输出）时的管耗 WPPPPomVTT35. 4)327 .40(21)(2121 最大管耗最大管耗 PTmax=0.2Pom=0.232=6.4 W 第1章 晶体二极管与三极管 整理ppt第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路 输入信号电流和电压峰值分别为输入信号电流和电压峰值分别为 VUUUAIomIICCcemimbmim16267. 0154 所以，所以， 输入信号的功率应为输入信号的功率应为 WUIPcembmi13. 2