第08章功率放大器(康华光)

1、第第4章章功率放大器功率放大器 重点：重点： 1.了解功率放大器的类型；了解功率放大器的类型； 2.掌握功率放大器的计算方法。掌握功率放大器的计算方法。（1-2）4.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题一一 .什么是功率放大器什么是功率放大器以输出较大功率为目的的放大电路以输出较大功率为目的的放大电路 因此因此,功放要求同时输出较大的电压和电流。功放要求同时输出较大的电压和电流。管子工作管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载在接近极限状态。一般直接驱动负载, 带载能力要强。带载能力要强。二二. 功放电路的特点功放电路的特点1.输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大;2. 电路的效率

2、电路的效率( =Po/PE)尽可能高尽可能高;Po 负载上得到的交流信号功率负载上得到的交流信号功率PE 直流电源提供的功率直流电源提供的功率3.不能出现波形失真不能出现波形失真,电路参数不能超过晶体管极限值电路参数不能超过晶体管极限值;即即: (1)ICICM ; (2)VCEVCEM ; (3) ICVCE 180, 静态静态IC 0,管管耗较小效率较高耗较小效率较高,不失不失真真,一般功放常采用。一般功放常采用。导通角小于导通角小于180（1-5）4.2 甲类功率放大器实例甲类功率放大器实例一一. 共射极放大器共射极放大器1. 静态分析静态分析目的目的:求求Q点点,静态管耗静态管耗 ,电

3、源提电源提供功率供功率(1)Q点计算方法与第点计算方法与第2章相同。章相同。工作工作周期周期交流通路交流通路+uVCCLRb1Ri viRbvo+RL+VCCRbRL+vi+voioiCvceVCEQICQVCCVCCRLQvce , ic 的动态范围的动态范围=vo , io 的动态范围的动态范围交负线交负线（1-6）(2)BJT的静态功耗的静态功耗PT静态时三极管消耗的平静态时三极管消耗的平均功率均功率PT静静= ICQVCEQ= VCEQ(VCC- -VCEQ)/RL当当VCEQ=VCC/ /2时时PT静静最大最大 (3)静态时电源提供的平均静态时电源提供的平均功率功率 PVC静静=IC

4、QVCCvi=0(静态时静态时)三极管放三极管放大电路依然在耗能。大电路依然在耗能。+uVCCLRb1Ri viRbvo+RL+VCCiCvceVCEQICQVCCVCCRLQ（1-7）2.动态分析动态分析(vi 0时时)目的目的:求求Po , , PT(1)输出功率输出功率Po22omomIVP o要想获要想获Po大大,必须使必须使Vom 和和Iom都要大。都要大。什么条件下什么条件下 Po最大不失真最大不失真?这时最大输出功率这时最大输出功率:2)2(21CESCCLomVVRP VomIom功率三角形功率三角形2omomIV Po最大条件：最大条件：(1)当当Q点处在交流负载线点处在交流

5、负载线VCESICEO的中的中点点;(2)管子工作在接近极限状态管子工作在接近极限状态时。时。iCQVCEQICQVCCvCEVCESVCCRLLCESCCRVV8)(2 LRV22om 下一页下一页（1-8）(2)动态时电源提供的平均功率动态时电源提供的平均功率PVC 20)(21tdiVPCCCVC=ICQVCC(4)甲类功率放大器的优缺点甲类功率放大器的优缺点优点优点:信号不失真。信号不失真。缺点缺点:静态功率大静态功率大,输出功率小输出功率小,效率低。效率低。tdtIIVCmCQCC )sin(2120 m=Pom/ /PVC 0.25若忽略若忽略VCES :LCCCCCQCQomRV

6、VIVP222121 (3)电路的效率电路的效率 定义定义: = Po/ /PVC电路的最高效率电路的最高效率:LCESCCCQRVVI2 当当Q在中点时在中点时:LCCLCESCCCCVCRVRVVVP22)(2 上一页上一页=PVC静静（1-9）二二 .射极输出器射极输出器(共集电极放大器共集电极放大器)1.电路电路2.功率放大原理功率放大原理(1)vI=0静态时静态时IC=iBiAsVCE=VCC - -VBE这时输出电压这时输出电压: vo= - -VBE特点：特点：电压增益近似为电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻大的功率增益，输出电阻

7、小，带负载能力强。小，带负载能力强。静态时电源提供的平均功率：静态时电源提供的平均功率：PV= PVC+ PVE + PBiAs= iBiAsVCC+iBiAsVEE+iBiAs(VEE- -VBE) iBiAs VCC+2iBiAs VEE （1-10）(2)vI 0动态时动态时当当vI =VIm sin t 时时正半波时正半波时vI vBE1 vo (vo=VCC- -vCE1)负半波时负半波时vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真峰值出现在最大不失真峰值出现在:T1临界截止或临界截止或T1临界饱和时。临界饱和时。Vom最大最大=VCC- -VCES (T1临界饱和电

8、压临界饱和电压) T1趋近截止趋近截止 iB1iC1 vCE1 T1趋近饱和趋近饱和（1-11）(a)输出功率输出功率PoLRVP1)2(2om o最大输出功率最大输出功率:LomRVP1)2(2om 最最大大(b)效率效率 = Po/ /PV电路的最高效率电路的最高效率: m=Pom/ /PV（1-12）三三 .带镜象电流源的射极输出器带镜象电流源的射极输出器1.电路电路T1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -VEER2.功率放大原理功率放大原理(1)vI=0静态时静态时T2,T3 ,R组成镜象电流源组成镜象电流源,为为T1提供工作电流：提供工作电流：IREF=(VEE

9、 - -VBE)/ /R这时输出电压这时输出电压: vo=- -VBE特点：特点：电压增益近似为电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。小，带负载能力强。 静态时电源提供的平静态时电源提供的平均功率：均功率：PV= PVC+ PVE= IREFVCC+2IREFVEE （1-13）(2)vI 0动态时动态时当当vI =VIm sin t 时时正半波时正半波时vI T1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -VEERvCE1 vo (vo=VCC- -vCE1)vo最大不失真正峰值出现在最大不失

10、真正峰值出现在T1临界饱和时临界饱和时:负半波时负半波时vI vBE1 iB1iC1 vCE1 vo vo最大不失真最大不失真负负峰值出现在峰值出现在:T1截止或截止或T3饱和时。饱和时。vom+=VCC- -VCES (T1临界饱和电压临界饱和电压) T1趋近截止趋近截止, T3趋近饱和趋近饱和（1-14）若若T1首先截止首先截止,则则 vom- -=| - -IREF RL |若若T3首先出现饱和首先出现饱和,则则vom- -=| - -VEE+ +VCES| VCES T3临界饱和电压临界饱和电压 (1)输出功率输出功率PoT1T2T3RLvI+ +vo- -IREFio+VCC- -V

11、EERLRVP1)2(2om o最大输出功率最大输出功率:LomRVP1)2(2om 或或LomRVP1)2(2om (2)效率效率 = Po/ /PV电路的最高效率电路的最高效率: m=Pom/ /PV（1-15）4.3乙类双电源互补对称功率放大电乙类双电源互补对称功率放大电路路一一. 电路电路(1)由一对特性相同的由一对特性相同的NPN、PNP三极管三极管组成互补对称式射组成互补对称式射极输出器极输出器;(2)采用正、负双电源供电。采用正、负双电源供电。也称为互补对称功率放大也称为互补对称功率放大电路电路, 简称简称OCL电路。电路。二、静态分析二、静态分析静态时静态时vi=0对称对称 V

12、BE1=VEB2=0IC1=IC2=0,VCE1=VEC2=VCCvo=VE=0电源提供功率电源提供功率: PV=0IB1=IB2 = 0,Q点在哪点在哪?交直流负载线怎么画交直流负载线怎么画?uuVCCVCCoiLRvi vo（1-16）uuVCCVCCoiLRvi voic2三、动态分析三、动态分析动态时动态时vi0设设vi=Vimsin tAv1vo=vi- -vBEvivi ,vo波形图示。波形图示。 vi正半波正半波T1放大放大,T2截止截止 iL=ic1 =(VCC- -vCE1)/ /RLVCCiC1 vCE1直负线直负线ic1QVomVCCRL交负线交负线 vi负半波负半波T2

13、放大放大,T1截止截止 iL=ic2=(VCC- -vEC2)/ /RL ic1vCE1 的动态轨迹的动态轨迹(交交负线负线)? 交负线方程交负线方程 :vCE1=VCC- -ic1 RL（1-17）可见可见: T1T2两管交替工作两管交替工作,在负载上得到完整的正弦波。在负载上得到完整的正弦波。负载上可能获得的最大电压峰值为负载上可能获得的最大电压峰值为: VCC- -VCES1.输出功率输出功率Po可能获得的最大输出功率可能获得的最大输出功率:LoRVP1)2(2om LomRVVP1)2(2CESCC 2. 管耗管耗PT (BJT消耗的功率消耗的功率)一个管子的管耗一个管子的管耗:两管管

14、耗两管管耗:)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP )d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )4(12omomCCLVVVR )4(2=2omomCCLT2T1TVVVRPPP LRV22CC （1-18）当当VomVCC时时效率最高效率最高:3. 电源供给的功率电源供给的功率PVLomCC2RVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP % 78.54 PV = Po+PT当当VomVCC时时电源供给功率最大电源供给功率最大: / /4（1-19）)4(12omomCCLT1VVVRP 0.2Pom om2L2CC2T1m21PRVP Vo

15、m=?时时PT1最大最大? 令令(dPT1)/ /(dVom)=0, 得出得出:当当Vom=2VCC/ / =0.64VCC时时PT1最大。最大。2.选功率管的原则选功率管的原则(1) PCMPT1max=0.2Pom(2)|V(BR)CEO|2VCC(3)ICMVCC/ /RL 四、四、 功率功率BJT的选择原则的选择原则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一管管耗一管管耗:（1-20）五五.乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点存在交越失真存在交越失真当当vi0时：时： tvovi t交越失真交越失真uuVCCVCCoiLRvi有极小部有极小部分截止区分截止区消除

16、交越失真的措施：消除交越失真的措施：采用甲乙类互补对称功采用甲乙类互补对称功放放,使使Q点刚刚脱离截止区。点刚刚脱离截止区。（1-21）4.4 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一一.甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路1.电路电路2.静态分析静态分析(vi=0时时)T3处在放大状态处在放大状态, D1D2处处在导通状态。在导通状态。VBE1=VEB20T1T2处在微导通状态。处在微导通状态。IB1=IB2 0,IC1=IC2 0,VCE1=VEC2VCC电源提供静态功率电源提供静态功率: PV =2IC1VCC =2IC1VCE10 对称对称, 两管两管射极电位

17、射极电位: vo=VE=03.动态工作情况动态工作情况 D相当于恒压源相当于恒压源,动态时相动态时相当于短路当于短路,对动态无影响。对动态无影响。 vI负半周负半周T1放大放大, T2截止。截止。vI正半周正半周T2放大放大, T1截止。截止。（1-22）LLooRVRVP1)2()(2om2 有有效效(3) 管耗管耗PT (BJT消耗的有功功率消耗的有功功率)一个管子的管耗一个管子的管耗:)4(12momoCCLT1VVVRP 4.指标计算指标计算与乙类相同。与乙类相同。(1)输出电压输出电压vo :当当Vom=2VCC/ / 时时PT1最大最大:Vo=PP (2)输出功率输出功率Po :v

18、ovc3PT1m0.2Pom(4) 电源供给的功率电源供给的功率PV :PV = Po+2PT1(5) 效率效率 :（1-23）5.缺点缺点:不易调整不易调整Q点点(VBE)6. 电路的改进电路的改进)(212BE4RRRV 通过改变通过改变R1、R2可得到可得到合适的合适的VBE1、VEB2 。 当当R1、R2不变时不变时,VCE4是是一个定值一个定值,这时这时R1、R2 、T4可可看作是一个直流电源看作是一个直流电源,动态时动态时相当于短路相当于短路,对动态无影响。对动态无影响。指标计算与乙类相同。指标计算与乙类相同。VBE1+VEB2 =VCE4（1-24）2.静态分析静态分析(vi=0时时)静态时静态时, 对称对称VCE1=VEC2=VK=VCC/2IB1=IB2 0,IC1=IC20这时电容这时电容C充电也达到稳态充电也达到稳态:VCVCC/2(RLC T信号信号)3.动态分