功率电子线路

1、第第 1 章章 功率电子线路功率电子线路 1.1 功率电子线路概述功率电子线路概述 1.2 功率放大器的电路组成和功率放大器的电路组成和 工作特性工作特性 1.3 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路 1.1 功率电子线路概述功率电子线路概述 作用：作用：高效地实现能量变换和控制。高效地实现能量变换和控制。 种类：种类： 根据应用领域和处理对象不同根据应用领域和处理对象不同 (1) 功率放大电路：功率放大电路： 放大器的一类。用于通信、音放大器的一类。用于通信、音像等电子设备。像等电子设备。 (2) 电源变换电路：电源变换电路： 对电源能量进行特定变换。用对电源能量进行特定变换。用于电源设

2、备、电子系统、工业控制。于电源设备、电子系统、工业控制。1.1.1 功率放大器功率放大器与其它放大器相比与其它放大器相比 相同点：相同点： 均在输入信号作用下，将直流电源的直流均在输入信号作用下，将直流电源的直流功率转换为输出信号功率。功率转换为输出信号功率。 不同点：不同点： 性能要求和运用特性不同。性能要求和运用特性不同。 一、功率放大器的性能要求一、功率放大器的性能要求1. 安全。安全。 输出功率大，管子大信号极限条件下运用。输出功率大，管子大信号极限条件下运用。 2. 高效率。高效率。 用用c 集电极效率集电极效率 (Collector Efficiency) 衡量转换效衡量转换效率：

3、率： CooDocPPPPP Po 输出信号功率输出信号功率 (Output Signal Power)；式中：式中：PD 电源提供的功率；电源提供的功率； PC 管耗管耗 (Power Dissipation)Po 一定一定，c 高高PD 小小PC 小小 可选可选 PCM 小小的的管子，以降低费用。管子，以降低费用。 3. 失真小。失真小。 输出功率越大，相应的动态电压电流越输出功率越大，相应的动态电压电流越大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用大，器件特性非线性引起的非线性失真也越大。除采用反馈技术外，还必须限制输出功率。反馈技术外，还必须限制输出功率。 作为作为放大器放大器，功

4、率增益功率增益是重要的性能指标，但与上是重要的性能指标，但与上述述三个要求三个要求相比，相比，安全、高效和小失真安全、高效和小失真是是第一位第一位的。的。功功率增益率增益可用可用增加前置级的级数增加前置级的级数或或提高相应的增益提高相应的增益来来弥补弥补。 二、功率管的运用特点二、功率管的运用特点1. 功率管的运用状态功率管的运用状态 根据根据功率管功率管在一个信号周期内导通时间的不同，在一个信号周期内导通时间的不同，功率管运用状态功率管运用状态可分为可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类甲类、乙类、甲乙类、丙类等等多种。多种。功率管运用状态功率管运用状态通常靠通常靠选择静态工作点选择静态工作点来实现

5、。来实现。 甲类：甲类：功率管在一个周期内导通功率管在一个周期内导通 (如小信号放大如小信号放大)。 乙类：乙类：功率管仅在半个周期内导通。功率管仅在半个周期内导通。 甲乙类：甲乙类：管子在大于半个周期小于一个周期内导通。管子在大于半个周期小于一个周期内导通。丙类：丙类：功率管小于半个周期内导通。功率管小于半个周期内导通。 2. 不同运用状态下的不同运用状态下的C管子的运用状态不同，相应的管子的运用状态不同，相应的Cmax 也不同。也不同。 CoocPPP 减小减小 PC 可提高可提高C。 假设假设集电极瞬时电流和电压集电极瞬时电流和电压分别为分别为 iC 和和 vCE，则，则 PC 为为 2

6、oCECCd21tviP 讨论：讨论：若减少若减少 PC，则要减少，则要减少 iC vCE 途径途径 1：由由甲类甲类甲乙类甲乙类乙类乙类丙类丙类，减小管子，减小管子在信号周期内的导通时间，即增大在信号周期内的导通时间，即增大 iC 0 的时间。的时间。 途径途径 2：使管子运用在开关状态使管子运用在开关状态 ( (又称丁类又称丁类) )；管子管子在在半个周期内饱和导通半个周期内饱和导通，另半个周期内截止另半个周期内截止。饱和导通饱和导通时，时，vCE vCE (sat) 很小，因此导通的半个周期内，瞬时管很小，因此导通的半个周期内，瞬时管耗耗 iC vCE 处在很小的值上。处在很小的值上。截

7、止时，截止时，不论不论 vCE 为何值，为何值，iC 趋于趋于 0，iC vCE 也处在零值附近。结果也处在零值附近。结果 PC 很小，很小，C 显著增大。显著增大。 总结：总结：为提高集电极效率，为提高集电极效率，管子的运用状态管子的运用状态从从甲甲类向乙类、丙类类向乙类、丙类或或开关工作的丁类转变开关工作的丁类转变。但随着效率。但随着效率的提高，的提高，集电极电流波形失真严重集电极电流波形失真严重，为实现不失真放，为实现不失真放大，在电路中需采取特定措施。大，在电路中需采取特定措施。1.1.2 电源变换电路电源变换电路1.1.3 功率器件功率器件 功率管功率管是是功率放大电路的关键器件，功

8、率放大电路的关键器件，如何选择功率如何选择功率管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的管的运用状态，并保证它们安全工作是需要共同解决的问题。为此，必须问题。为此，必须首先了解功率器件的极限参数及安全首先了解功率器件的极限参数及安全工作区。工作区。 双极型功率晶体管的安全工作双极型功率晶体管的安全工作受到受到三个极限参数三个极限参数的限制：的限制： (1) 集电极最大允许管耗集电极最大允许管耗 PCM。还与散热条件密切。还与散热条件密切相关相关 (2) 集电极击穿电压集电极击穿电压 V(BR)CEO(3) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 以上与以上与功率管的结构，工艺参数，

9、封装形式功率管的结构，工艺参数，封装形式有关。有关。一、功率管散热和相应的一、功率管散热和相应的 PCM 耗散在功率管中的功率耗散在功率管中的功率 PC 主要消耗在集电结上，主要消耗在集电结上，造成集电结发热，结温升高。造成集电结发热，结温升高。若集电极的散热条件良好，若集电极的散热条件良好，集电结上的热量很容易散发集电结上的热量很容易散发到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到到周围空气中去，则集电结就会在某一较低温度上达到热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热平衡，此时集电结上产生的热量等于散发到空气中的热量。热量。反之，散热条件不好，反之，散热条件不好，集电结就会在更

10、高的温度集电结就会在更高的温度上达到热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。上达到热平衡，甚至产生热崩而烧坏管子。 集电结结温集电结结温 (Tj) 升高升高 集电极电流集电极电流 (iC) 增大增大 PC 增大增大 Tj 随之升高随之升高 iC 增大增大 PC 增大增大 Tj 升高升高，如此反复，直至，如此反复，直至 Tj 超超过集电结最高允许温度过集电结最高允许温度 TjM，导致管子被烧坏的，导致管子被烧坏的一种恶一种恶性循环现象。性循环现象。热崩热崩 (Thermal runaway)： 金属底座又金属底座又与管壳相连的与管壳相连的结构。此外，结构。此外，金属底座还加金属底座还加装金属散热器装金属

11、散热器( (如图如图) )(a) (b) 功率管底座上加装散热器功率管底座上加装散热器 (c) 相应的热等效电路相应的热等效电路 实践中，为了利于集电结的散实践中，为了利于集电结的散热，以提高热，以提高 PCM，双极型功率管都，双极型功率管都采用集电极直接固定在金属底座上，采用集电极直接固定在金属底座上， 散热器：散热器：翼状结构，以增大散热面积。面积越大，翼状结构，以增大散热面积。面积越大，厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。厚度越厚，材料的导热率越高，散热效果越好。 二、二次击穿二、二次击穿 要保证功率管安全工作，要保证功率管安全工作，除满足由除满足由 PCM、ICM 和和V(BR)

12、CEO 所规定的安全工作条件外，还要求所规定的安全工作条件外，还要求不发生二次不发生二次击穿击穿。 二次击穿二次击穿 (Secondary Breakdown)：当集电极电压当集电极电压超过超过 V(BR)CEO，会引起击穿，只要外电路限制击穿后，会引起击穿，只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于的电流，管子就不会损坏，待集电极电压小于V(BR)CEO 后，管子恢复正常工作。如上述击穿后，电后，管子恢复正常工作。如上述击穿后，电流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极流不加限制，就会出现集电极电压迅速减小，集电极电流迅速增大的现象，即为电流迅速增大的现象，即为二次击

13、穿二次击穿。 二次击穿的后果：二次击穿的后果：导致过热点的晶体熔化，要引起导致过热点的晶体熔化，要引起vCE下降下降，iC 剧增剧增，功率管尚未发烫就已损坏。是不可逆，功率管尚未发烫就已损坏。是不可逆，破坏性的。破坏性的。 发生条件：发生条件：它在高压低电流时发生，相应的功率称它在高压低电流时发生，相应的功率称为为二次击穿耐量二次击穿耐量 PSB。 功率放大电路功率放大电路使用使用双双极型功率晶体管极型功率晶体管外，还外，还使用使用功率功率 MOS 管管，绝缘绝缘栅双极型功率管栅双极型功率管。 1.2 功率放大器的电路组成和工作特性功率放大器的电路组成和工作特性 在放大原理上，功率放大器与其它

14、放大器一样，都在放大原理上，功率放大器与其它放大器一样，都是是能量转换器能量转换器，但是，由于要求不同，因而在，但是，由于要求不同，因而在电路组成电路组成和运用特性和运用特性上，功率放大器却有不同的特点。上，功率放大器却有不同的特点。 1.2.1 从一个例子讲起从一个例子讲起 图图 (a) 为为放大器的基本电路放大器的基本电路，现将其作为现将其作为功率放大器功率放大器来分析它来分析它的功率性能。由此提示的功率性能。由此提示功率放大功率放大电路组成电路组成及其及其工作性能工作性能上的特点。上的特点。 功率放大器功率放大器为为大信号放大器大信号放大器，进行分析时，功率器，进行分析时，功率器件必须采

15、用件必须采用一般模型一般模型( (大信号模型大信号模型) )。工程上，采用较多。工程上，采用较多的是的是特性曲线上作负载线的图解分析法特性曲线上作负载线的图解分析法。 1. 静态工作点的选择：静态工作点的选择：为了使电路在管子不出现为了使电路在管子不出现饱和、截止失真的条件下，输出功率最大，即输出电饱和、截止失真的条件下，输出功率最大，即输出电压和电流均达到最大幅值，需要把压和电流均达到最大幅值，需要把工作点工作点 Q 选在选在负载负载线的中点线的中点。即即 LCCLCEQCQCCCEQ2,2RVRVIVV 2. 集电级输出电压和电流集电级输出电压和电流( (假设假设 VCE(sat) 和和

16、ICEO 为为0) )tVVvVvtIIiIisinsincmCEQceCEQCEcmCQcCQC其中，其中，CQLCEQLcmcmCCCEQcm2IRVRVIVVV,PL 和和 PC 均由均由直流直流和和交流交流两部分合成。例如：两部分合成。例如： PL中中直流功率直流功率4221DCQCEQcmcmoPIVIVP ，2DCQCEQPIV 交流功率交流功率 %25Domax PP cmcmCQCEQCCE2oCcmcmCQCEQL2C2oLCQCCCC2oD21d2121d21d21IVIVtivPIVIVtRiPIVtiVPC 3. 电源提供的直流功率电源提供的直流功率 PD、负载功率、负

17、载功率 PL、集电极、集电极耗散功率耗散功率 PC4. 讨论：讨论：(1) 电路组成电路组成 甲类功放甲类功放的的Cmax 仅为仅为 25%，PD 中仅有中仅有 1/4 转换为转换为有用的输出信号功率有用的输出信号功率，其余均被浪费。其中，一部分，其余均被浪费。其中，一部分耗散在管子中，大部分耗散在管子中，大部分 ( PL 中直流功率中直流功率 PD/2 ) 消耗在消耗在 RL上。上。提高提高Cmax 的办法：的办法： 合理选择管子的运用状态合理选择管子的运用状态( (乙类或甲乙类乙类或甲乙类) )减小管减小管子消耗功率。子消耗功率。 在管外电路中，采用不消耗直流功率的电路结构，在管外电路中，

18、采用不消耗直流功率的电路结构，消除消除 RL 上消耗的直流功率。上消耗的直流功率。(2) 工作特性工作特性 否则，否则，RL 的减小的减小不会增大输出电流，不会增大输出电流，反而会因减小集电反而会因减小集电极电压振幅而使极电压振幅而使 Po 减小，还会因减小，还会因 ICQ增增大而使大而使 PD 增大，结增大，结果使果使C 降低。降低。 当当 VCC 一定、一定、Q 在在负载线中点负载线中点时，时，Vcm(VCC /2)被被限定。要提高输出信号功率，就必须减小限定。要提高输出信号功率，就必须减小 RL，才能增，才能增大大 Icm。但，在减小。但，在减小 RL 时，还必须同时增大激励电流。时，还

19、必须同时增大激励电流。充分激励时充分激励时RL变化对功率性能的影响变化对功率性能的影响 总之总之，在功率放大器中，要高效率地提升，在功率放大器中，要高效率地提升 Po，必，必须减小须减小 RL，同时相应增大输入激励电流。，同时相应增大输入激励电流。 充分激励：充分激励：与与 RL 相匹配的输入激励相匹配的输入激励( (不出现饱和不出现饱和失真的最大激励失真的最大激励) )。 匹配负载：匹配负载：相应的负载为匹配负载相应的负载为匹配负载( (能使能使 Q 处于交处于交流负载线中点的负载流负载线中点的负载) )。5. 结论结论 (1) 功放在电路组成上，必须采用避免管外电路中无功放在电路组成上，必

20、须采用避免管外电路中无谓消耗直流功率的电路结构。谓消耗直流功率的电路结构。 (2) 在工作特性上，输出负载，输入激励和静态工在工作特性上，输出负载，输入激励和静态工作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必作点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必须有一个最佳配置。须有一个最佳配置。1. 电路电路(1) 输入端：输入端： RB偏置电阻偏置电阻CB旁路电容旁路电容Tr1耦合变压器耦合变压器(2) 输出端：输出端： Tr2耦合变压器，耦合变压器，对交流，对交流，Tr2起阻抗变换作起阻抗变换作用，用，L2LRnR 1.2.2 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能甲类、乙类功放的电路组成及功率性

21、能 一、甲类变压器耦合功放一、甲类变压器耦合功放(1) 静态分析静态分析CCCEVv 2. 电路分析电路分析 根据直流通路，写出直流负载方程：根据直流通路，写出直流负载方程： 直流负载线：直流负载线：EF(2) 动态分析动态分析 交流负载线方程：交流负载线方程：LcceRiv 又：又：cCQCceCEQCEiIivVv 则：则：交流负载方程可改写为交流负载方程可改写为)(CQCLCEQCEIiRVv 上式表明，当上式表明，当CCCEQCECQCVVvIi 时时， ，它在两坐标轴上的截距：它在两坐标轴上的截距： CQLCEQCECLCEQCQCCE0/0IRVviRVIiv 时，时，时，时，)(

22、CQCLCEQCEIiRVv 相应画出交流负相应画出交流负载线是一条通过载线是一条通过 Q点的直线点的直线 MN，斜，斜率为率为 1/ 。LR (3) 功率性能功率性能 当输入充分激励，当输入充分激励，Q 处在负载线处在负载线中点中点时，忽略非线时，忽略非线性失真，且设性失真，且设00CEOCE(sat) IV， ，则相应的集电极，则相应的集电极电电压和电流压和电流分别为：分别为：tVVvtIIisinsincmCEQCEcmCQC，其中其中LCCLcmCQcmCCCEQcm/RVRVIIVVV ； 与与放大器的基本电路放大器的基本电路相比，在匹配负载时，电压相比，在匹配负载时，电压信号幅值信

23、号幅值 Vcm 由由 VCC/2，增加到，增加到 VCC，若呈现在集电，若呈现在集电极上的负载相等，则输出信号功率增大四倍。极上的负载相等，则输出信号功率增大四倍。根据上述关系求得根据上述关系求得50%/2/2/2/2/2DocmaxDcmcmCQCCCDCQCEOcmcmoLCQCCDPPPIVIVPPIVIVPPIVP(4) 管安全管安全由由图图可见，加在集电极上的最大电压可见，加在集电极上的最大电压 CCCEmaxVv通过集电极的最大电流通过集电极的最大电流。CQcmCQCmax2IIIi ，CCcm2VV 当当Po = 0时，时，PD全部消耗在管子中，因而消耗在全部消耗在管子中，因而消

24、耗在集电极上的最大功率集电极上的最大功率 。DCmaxPP 所以保证管子安全工作的条件为：所以保证管子安全工作的条件为： 采用变压器耦合，采用变压器耦合，Cmax 将由将由 0.25 增大到增大到 0.5，即，即 PD 的一半转换为的一半转换为 Po。 若若 Q 处于交流负载线的处于交流负载线的中点中点，且充分激励的条件，且充分激励的条件下，增大下，增大 VCC，或减小，或减小R,L ，Po均将增大，但最后受均将增大，但最后受安全工作条件的限制。安全工作条件的限制。CMDCmaxCMCQCMCQCmax(BR)CEOCC(BR)CEOCCCEmax2/22/2PPPIIIIiVVVVV 即即即

25、即又因为：又因为： 2/2/2/DCQCCcmcmomaxPIVIVP ，上述，上述安全工作条件又可用安全工作条件又可用 Pomax 表示为表示为8/2/CM(BR)CEOmaxoCMmaxoIVPPP Pomax 取较小的值。取较小的值。 除外，还需检查动态点是否落在二次击穿限定的安除外，还需检查动态点是否落在二次击穿限定的安全区内。全区内。二、乙类推挽功率放大器二、乙类推挽功率放大器 乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用两管轮流导通的推挽必须采用两管轮流导通的推挽 (Push-Pull) 电路。电路。可有可有多种实现方案：多种实现方案

26、：(1) 变压器耦合乙类推挽功放变压器耦合乙类推挽功放(2) 互补推挽功放互补推挽功放1. 变压器耦合功放变压器耦合功放 (1) 电路结构电路结构 Tr1输入变压器，利用次级绕组的中心抽头输入变压器，利用次级绕组的中心抽头将将 vi (t) 分成两个幅值相等，极性相反的激励电压分成两个幅值相等，极性相反的激励电压1ii2vv ，分别加在两管的基射极之间，实现两，分别加在两管的基射极之间，实现两管轮流导通。管轮流导通。 Tr2输出变压器，隔断输出变压器，隔断 iC1 和和 iC2 中的平均分中的平均分量，并利用初级绕组的中心抽头将量，并利用初级绕组的中心抽头将 iC1 和和 iC2 中的基波中的

27、基波分量在分量在 RL 中叠加，输出正弦波。中叠加，输出正弦波。 T1 和和 T2特性配对、相同导电类型的特性配对、相同导电类型的 NPN 功功率管率管(2) 工作原理工作原理 (忽略射结导通压降忽略射结导通压降) vi1(t) 0 时，时， vi2(t) 0，T1 管导通，管导通，T2 管截止，管截止，ic1 处于正半周的半个正弦波；处于正半周的半个正弦波； vi2(t) 0 时，时， vi1(t) 0，T2 管导通，管导通，T1 管截止，管截止，ic2 处于负半周的半个正弦波。处于负半周的半个正弦波。iC1 和和 iC2 中的基波分量在中的基波分量在 RL 中叠加，输出正弦波。中叠加，输出

28、正弦波。 2. 互补推挽电路互补推挽电路(1) 电路特点电路特点T1 与与 T2功率管互补配对功率管互补配对(2) 工作原理工作原理( (忽略射结压降忽略射结压降) ) vi(t) 0 时，时，T1 管管 (NPN型型) 导通，导通，T2管管 (PNP型型) 截止，截止，iC1(iE1) 为正半周的半个正弦波；为正半周的半个正弦波； vi(t) 0 时，时，T2 管导通，管导通，T1 管截止，管截止，iC2(iE2)为处为处于负半周的半个正弦波。于负半周的半个正弦波。通过通过 RL 的电流的电流E21ELiii ，合成完整的正弦波。，合成完整的正弦波。 小结：小结：上述功率放大器，为实现器件轮

29、流导通：上述功率放大器，为实现器件轮流导通：乙类功放电路乙类功放电路输入激励输入激励信号信号功率管管功率管管型型管外电路管外电路变压器耦合乙类变压器耦合乙类功率放大器功率放大器极性相反极性相反对管，管对管，管型相同型相同均避免了直均避免了直流功率的损流功率的损失失互补推挽乙类功互补推挽乙类功率放大器率放大器极性相同极性相同对管，管对管，管型不同型不同3. 乙类推挽功率放大器的性能分析乙类推挽功率放大器的性能分析 (1) 推挽电路的组合特性推挽电路的组合特性 静态工作点：静态工作点： CCCEQ2CCCEQ1c2c1i00)(VVVViitv Vi 正半周，正半周，T1 导通，负载线是自导通，负

30、载线是自 Q 点出发，斜率为点出发，斜率为L/1 R 的的直线直线 AQ； Vi 负半周，负半周，T2 导通，负载线是自导通，负载线是自 Q 点出发，斜率为点出发，斜率为L/1 R 的的直线直线 A Q。 虽然虽然集电极电流集电极电流是是半个正弦波半个正弦波，但，但集射极交流电集射极交流电压压是是完整正弦波完整正弦波。 (2) 性能分析性能分析( (忽略失真忽略失真) ) 一般性能分析一般性能分析在在 0 t 时，时，tIii sin0cmC1C2 t 2 时，时，iC1 0 iC2 Icmsint 相应的集射极间电压：相应的集射极间电压：VCE2 = VCC + VcmsintVCE1 =

31、VCC Vcmsint通过通过 RL 的电流：的电流：tIiiiii sincmC2C12EE1L 相应产生的电压：相应产生的电压：tVv sincmL RL 上的输出功率：上的输出功率：PL = Po = VcmIcm/2 = I2cmRL/2 正负电源总的直流功率：正负电源总的直流功率： PD = PD1 PD2 = 2VCCI平均平均 = 2VCCIcm/ 令令VCE(sat) = 0，ICEO = 0，则则Vcm = VCC，Icm = VCC/RL 若充分激励若充分激励 相应相应 Po 和和 PD 达到最大，达到最大，即即LCC2omax2RVP omaxLCC2LCC2Dmax4)

32、2(42PRVRVP %5 .784DmaxomaxCmax PP 比甲类高比甲类高 若激励不足若激励不足 Vcm减小，引入电源电压利用系数减小，引入电源电压利用系数 (ksai)，表示，表示Vcm的减小程度的减小程度 定义定义 = Vcm/VCC 44222121DoomaxLCC2cmCCDomax2LCC22Lcm2oC PPPRVIVPPRVRVP两管集电极管耗相等，且为两管集电极管耗相等，且为omax2oDC2C1)212(2/ )(PPPPP 其值为其值为omaxomax2max2Cmax1C2 . 02PPPP 分析：分析：当输入激励由大减小，即当输入激励由大减小，即 减小时，减

33、小时，Po、PD、C 均单调减小，而均单调减小，而 PC1 和和 PC2 的变化非单调，的变化非单调，636. 02 时最大，时最大， 结论：结论：乙类工作时，乙类工作时，PC 的最大值既不出现在的最大值既不出现在0 时，也不出现在时，也不出现在1 时，时，PD 随随 ( (激励激励) )线性增大，线性增大，与与甲类甲类( (不变不变) )不同不同。 小时，小时，PD 小，小，Po 小，小，PC 小；小； 接近接近 1 时，时，PD 大，大，Po 也大，也大，PC 小。小。 PC 非单调变化非单调变化 (3) 管安全管安全由2LCC2o2 RVP 增大增大 VCC，减小，减小 RL，且输入充分

34、激励，输出功率，且输入充分激励，输出功率将增大，但最后受到下列将增大，但最后受到下列安全工作条件的限制安全工作条件的限制： CCCEmax2Vv (BR)CEOVLCCcmCmaxRVIi CMIPC1max PC2max 0.2Pomax PCM CMmaxo5PPCM(BR)CEOmaxo41IVP 或或 取其中的小值取其中的小值作业：作业：1-8，1-91.3 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路 以上介绍了原理电路，若要构成实际电路还必须以上介绍了原理电路，若要构成实际电路还必须解决一些有关问题。解决一些有关问题。1.3.1 乙类互补推挽功率放大电路乙类互补推挽功率放大电路 在构成

35、乙类互补推挽功率放大器实际电路时，必在构成乙类互补推挽功率放大器实际电路时，必须考虑偏置，功率配对和保护等问题。须考虑偏置，功率配对和保护等问题。 一、交越失真和偏置电路一、交越失真和偏置电路1. 交越失真交越失真 (1) 定义定义 上节分析乙类上节分析乙类推挽电路性能时，推挽电路性能时，忽略了晶体管发射忽略了晶体管发射结导通电压的影响结导通电压的影响。 实际上，在零偏置情况下，考虑到导通电压的影实际上，在零偏置情况下，考虑到导通电压的影响，输出电压波形在在衔接处出现严重失真，称响，输出电压波形在在衔接处出现严重失真，称交越交越失真失真。 接成接成乙类推挽电路乙类推挽电路时，两管的时，两管的合

36、成传输特性合成传输特性如图如图所示所示。 (2) 克服交越失真的基本途径克服交越失真的基本途径 在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在在输入端为两管加合适的正偏电压，使其工作在甲乙类甲乙类。 由传输特性图可见：由传输特性图可见：只要只要 VBB 取值合适，上下两路取值合适，上下两路传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，传输特性起始段的弯曲部分就可相互补偿，合成传输特合成传输特性趋近于直线性趋近于直线，在输入正弦电压激励下，得到不失真的，在输入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。输出电压。 (3) 常用电路常用电路 二极管偏置电路二极管偏置电路 vBE 倍增电路倍增电路 2. 二极管偏置电

37、路二极管偏置电路 由于二极管的正向交流结电阻很小，可认为由于二极管的正向交流结电阻很小，可认为交流短交流短路路，因此偏置电路不影响输入信号，因此偏置电路不影响输入信号 vi (t) 的传输。的传输。 在集成电路中偏置二极管会由三极管取代，在集成电路中偏置二极管会由三极管取代，见图见图 (b)、(c) 图图 (a) 中，中，D1，D2 由电流源由电流源 IR 激励，产生正向电激励，产生正向电压，压，即为所需的偏置电压即为所需的偏置电压 VBB。若。若 T1 和和 T2 的特性配对，的特性配对，且其基极偏置电流很小，可忽略，且其基极偏置电流很小，可忽略，则则 )/(n22SRTBBBBBEQ2BE

38、Q1IIVVVVV IS 为为二极管二极管 D1 和和 D2 的反向饱和电流的反向饱和电流，VT 为为温度电温度电压当量。压当量。 3. vBE 倍增电路倍增电路(1) 电路电路 直流：直流：由由 T3、R1、R2 组成，组成，且由电流源且由电流源 IR 激励，为互补功率激励，为互补功率管管 T1、T2 提供偏置电压提供偏置电压 VBB。 交流：交流：T3、R1 构成电压并构成电压并联负反馈电路，反馈电路的电阻联负反馈电路，反馈电路的电阻很小，几乎不影响输入信号的传很小，几乎不影响输入信号的传输。输。 (2) 倍增原理倍增原理 由图可见由图可见，若通过，若通过 R1 的电流的电流 I1 远小于

39、远小于 T3 管的集电管的集电极电流极电流 IC3，且，且 T1 和和 T2 管的静态基极电流又可忽略，管的静态基极电流又可忽略，则则 IC3 IR，且，且 T3 管基射极间电压管基射极间电压VBE3 = VT ln(IE3 / IS) VT ln(IR / IS) 当当 IR 为定值时，为定值时，VBE3 也就唯也就唯一确定了。若一确定了。若 T3 管的管的 足够大，足够大，基极电流基极电流 IB3 可忽略，则可忽略，则 VBE3 又又是是 VBB 通过通过 R1 在在 R2 上的分压值，上的分压值，即即)1(21BE3BB212BBBE3RRVVRRRVV 此式表明：此式表明：偏置电路提供

40、的偏置电压偏置电路提供的偏置电压 VBB 是是 VBE3 的的倍增值，且其值受倍增值，且其值受 R1 和和 R2 控制，故称为控制，故称为 VBE 倍增电路倍增电路。(3) 热补偿热补偿 温度升高时，温度升高时，VBE3 ，VBB , ,阻止了功率管阻止了功率管 ICQ 的的增加。是具有热补偿作用的高热稳定性偏置电路。增加。是具有热补偿作用的高热稳定性偏置电路。二、单电源供电的互补推挽电路二、单电源供电的互补推挽电路(OTL) 1. 电路特点电路特点 (1) 单电源供电；单电源供电； (2) 负载串接大容量隔直负载串接大容量隔直电容电容 CL。VCC 与两管串接，与两管串接，若两管特性配对，则

41、若两管特性配对，则 VO = VCC/2，CL 实际上等效为电实际上等效为电压等于压等于 VCC/2 的直流电源。的直流电源。2. 工作原理工作原理 T1 管的直流供电电压：管的直流供电电压：VCC VOVCC/2，T2 的供电电压：的供电电压： 0 VO VCC/2。 单电源供电电路等效单电源供电电路等效为为 VCC/2 和和 VCC/2 的双电源供电电路的双电源供电电路。 三、准互补推挽电路三、准互补推挽电路 1. 问题的提出问题的提出 互补推挽电路互补推挽电路要求两只功率管要求两只功率管特性配对，难以实现。特性配对，难以实现。 2. 解决办法解决办法 采用复合管取代互补管，构成采用复合管取代互补管，构成准准互补推挽电路互补推挽电路。 3. 电路电路 复合管复合管 T1、T2 等效为等效为 NPN 型管型管， 复合管复合管 T3(PNP型型) 与与 T4 等效为等效为 PNP 型管型管 其中，其中，T1、T3 为为小功率管小功率管，它们之间是它们之间是互补的互补的，T2、T4 为为大大功率管功率管，它们是，它们是同型同型，便于特性，便于特性配对，故称为配对，故称为准互补推挽电路准互补推挽电路。 R1，R2(几百几百 )减小复合管减小复合管的反向饱和电流。的反向饱和电流。 四、保护电路四、保护电路1. 必要性必要性 正常情况下，功率管是正常情况下，功率管是