模拟电子电路课件第7章

1、主要内容 功率放大器的特点及类型 A类输出级 B类输出级 AB类输出级 功率放大器输出级的设计 集成功率放大器7.1 功率放大器的特点及类型要点： 功率放大器的特点 功放输出级的分类功率放大器的特点定义能量转换与电压电流放大器的区别功率放大器的特点定义：功率放大器是指能输出大功率信号的放大电路。Po voio功率放大器的特点功率放大器是一种能量转换器在输入信号的作用下，将直流电源的功率转换为输出信号的功率。=+忽略管耗Pc输出信号功率Po信号源提供的功率Ps2直流电源 提供的功率Ps1输出功率输入功率功率放大器的特点与电压电流放大器的区别电压电流放大器的特点：小信号放大器，以获得电压电流增益为

2、目的，考虑增益、输入阻抗、输出阻抗、通频带等参数。功率放大器的特点：大信号放大器，以获得功率增益为目的，考虑输出功率、效率、非线性失真和安全保护等问题。 Po 100% PoP v i100%oo oP PPSoD功放输出级的分类 输出级分类的依据根据晶体管在一个信号周期内导通的时间不同，分为A类、B类、AB类和C类几种。iCICt02A类输出级(导通角360度）B类输出级(导通角180度）Ic功放输出级的分类iCiCIttC0022AB类输出级(导通角大于180度远小于360度）C类输出级（导通角小于180度）Ic7.2 A类输出级 电路结构和传输特性 输出功率及转换效率Q1：A类输出级的优

3、缺点分析？Q2：其它组态放大器可否作为功率放大器使用？电路结构和传输特性VCC电路结构vI晶体管VT2、VT3以及电阻R组成恒流源，为放大管VT1提供静态电流I。VT1iE1ioRIREFI射极跟随器VT1具有高电流增益、低输出阻抗的特点。vROLVTVT23 VCC电路结构和传输特性VCC 传输特性射极跟随器的传输特性表述为：vo vI vBE1线性区域的最大值由VT1的饱和状态确定：vIVT1iE1io VCC VvRIatREFo maxI线性区域的最小值由VT1截止或VT2饱和确定：vORLVTVT23 IRL vvo minvo minVCCat ) VCC后者值更小电路结构和传输特

4、性vo v v VvvCE1CECCoVCC2VCCtV0VCCCCt0 vCE1 iC1vo i I IiC1oRL2Iv而 o (I , I ) RLIt0假设偏置电流I允许的最大反向负载电流等于Vcc/RL输出功率及转换效率VCC22 VV112 OM2 OM负载上的平均功率： PvLRRIVTLL1电源提供的总平均功率：Ps 2VCCIiE1ioRIREFI2VP12v 100% RL OM L/ 2VIOVTVTCCPR23SL VCC IRL当 VOM时，可获得最大效率。 VCC 25%实际效率只能达到 10%20%。7.3 B类输出级 电路结构和工作原理 传输特性 输出功率及转换

5、效率 采用复合管的B类输出级Q1：B类输出级的优缺点分析？ Q2：克服交越失真的措施是什么？电路结构和工作原理 电路结构双电源互补推挽工作方式最大功率转换效率为 78.5%电路结构和工作原理假设晶体管的门坎压降均为0.5V。工作原理当vI 0V 时, vo 0V ;当vI 0.5V ,VT1导通、VT2截止。vo vI 0.5 vI当vI -0.5V ,VT2导通、VT1截止。vo vI 0.5 vI当-0.5VvI 0.5V ,VT1、VT1均截止。vo 0V传输特性 交越失真输出功率及转换效率 负载的平均功率：2VIVVV12P v i OM2 OM2 OM2OM OMLO OR2RLL2

6、2VV1212OMCCPLmaxRRLL两个直流电源提供的总平均功率：2 VOMP P PVRS S SCCL输出功率及转换效率转换效率：2PV2 V V12 L OM OM V OM /RCCPR4 VSLLCC最大功率转换效率： VOM 78.5%max4 VCCVOM VCC管耗22 V1 VP PS PL OM V OMRDCC2RLL输出功率及转换效率上式两边对 VOM 求导，并令导数等于0。dpD 2 VCC VOM 0 RLdVOMRL 2 V：VOMCC2V 2最大管耗：PCC 2 RD maxL每管的管耗为总管耗的一半：V 2 P 0.2PCCP RDN maxDP maxL

7、 max2L采用复合管的B类输出级具有较高的电流增益复合管的类型由前一个晶体管的类型决定复合管的输出电流、饱和压降等特性由后一个晶体管决定采用复合管的B类输出级复合管的电流放大倍数： ic1 ic2 1ib1 2ib2ib1ib1 1ib1 2 (1 1)ib1ib1 1 2 12 12 1复合管的基极输入电阻 r: (1 1)ib1r 2 ib1r 1 ib2 r 2 ib1r 1 v r (1 )r rr 11 2 1iiibb1b17.4 AB类输出级 电路结构和工作原理 常见的几种AB类输出级偏置方式Q：AB类输出级的特点分析？电路结构和工作原理 晶体管的基极之间接有偏置电压，提供偏置

8、电流。这样，在输入信 号 vI 很小时两个晶体管依然导通，交越失真几乎可以完全消除掉。常见的几种AB类输出级偏置方式 用一对二极管VD1和 VD2代替直流电源实现输出级的偏置功能。IBIAS 为二极管提供静态电流，VT1和VT2的静态电流I nIBIASn为晶体管发射结结面积与偏置二极管的结面积之比。采用二极管对功放进行偏置，可以提高偏置电流的热稳定性。常见的几种AB类输出级偏置方式利用电压倍增器进行偏置。偏置电路由 IBIAS、VT3、R1和R2组成。流过R1和R2的电流 VBE 3IRR2VBB IR(R1 R2) VBE 3(1 R2 )R17.5功率放大器输出级的设计输出级工作方式的选

9、择BJT功率管和MOS功率管的比较功率管的选择输出级工作方式的选择A类输出级不存在交越失真，该工作方式具有最佳的线性，每个晶体管均能放大全波信号；转换效率太低，管耗较大（需采用大型散热器。）（一部25W的A类功放供电器的能力至少可以够100WAB类功放使用。）；重量体积太大，售价贵。B类输出级效率高、存在交越失真（当信号较小时，失真较为严重，故很少使用。）管耗较低（允许使用较小的散热器。）AB类输出级小信号输入时，具有A类输出级优良的线性特性；大信号输入时，转为B类工作模式，并具有较高的转换效率。C类输出级失真非常高的功放，但输出效率特高，但需要滤波网络方可取出基波波形，应用于射频电路，不能用

10、于低频功率放大。BJT功率管和MOS功率管的比较特 性VDMOS功率管BJT功率管电流能力小大功率处理能力小大击穿电压1000V以下可到3000V开关速度快慢二次击穿无有温度特性负温度特性，好，可多个器件串并联正温度特性，不好，多个器件不好串并联驱动方式电压驱动，驱动电路简单电流驱动，驱动电路复杂和IC的兼容性好差工艺要求高低制造成本高低功率管的选择PCM1晶体管的最大管耗V 2CC P 0.2PPPL maxD1MD 2ML max2RL，满足： PCM 0.2PL max实际应用时，为了保证功率管2最大管压降 V( BR )CEO2VCC实际应用时，为了保证晶体管不反向击穿，满足：V( BR )CEO3集电极允许的最大电流 ICM VCC2PL max满足： I和 ICMCMRRLL功率管的选择 例7.2 B类输出级的功放电路，假 10, 功率管BJT的极限参 12V , RL设，VCC 2 A 。ICM数 PCM 3W , V( BR )CEO 30V和求：（1）忽略交越失真和晶体管的饱和压降，求pL max最大输出功率。（2）验证功率管是否能够。pL 。（3）求功放电路在 0.5 时的输出功率功率管的选择V 21222 10（1）（2） 7.2WCCPLmax2RL 0.2PLmax 0.2 7.2WPD1M 1.44W PCM 3W 2VCC 24V | V(BR