第九章 功率放大电路.ppt

1、2020/7/12,1,第九章 功率放大电路,9.1 功率放大电路概述 9.2 互补功率放大电路 9.3 功率放大电路的安全运行 9.4 集成功率放大电路,2020/7/12,2,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。,功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。,功放电路的要求：,9.1 功率放大电路概述,2020/7/12,3,一、主要技术指标,1.最大输出功率Pom,功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为PoIoUo。,最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得

2、的最大交流功率。,2.转换效率,功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。,9.1.1 功放电路的特点,效率:,2020/7/12,4,由于工作在大信号条件下，小信号交流等效电路不适用，因而要采用图解法（Q、交/直流负载线）。,二、功率放大电路中的晶体管,在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施。,晶体管集电极电流最大时接近ICM,晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO,晶体管耗散功率最大时接近PCM,三、功率放大电

3、路的分析方法,采用图解法,2020/7/12,5,功放电路的分类,电路中晶体管的工作状态（按一个周期导通的角度大小划分）,乙类（class-B）： 180,甲类（class-A）： 360,甲乙类（class-AB）： 180,丙类（class-C）： 180,丁类（class-D）： 开关状态,9.1.2 功率放大电路的组成,2020/7/12,6,工作波形,效率低 50% 。,效率 78.5% 。,效率 接近乙类,效率 最高。,2020/7/12,7,一、共射放大电路功率分析,（甲类）,图9.1.1输出功率和效率的图解分析,直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形ABCO的面积。

4、,集电极电阻RC的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形QBCD的面积。,晶体管集电极耗散功率为ICQ UCEQ 即图中矩形AQDO的面积。,1.无输入信号作用时,2020/7/12,8,图9.1.1输出功率和效率的图解分析,2.在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波,直流电源提供的直流功率不变,负载电阻RL上所获得的功率PO仅为P/Om的一部分。,R/L(=RC/RL)上获得的最大交流功率P/Om为,即图中三角形QDE的面积,共射放大电路输出功率小，效率低（25），不宜作功放。,2020/7/12,9,二、变压器耦合功率放大电路,传统的功放为变压器耦合式电路,电源提供的功率为PVICQ V

5、CC ，全部消耗在管子上。,RL等效到原边的电阻为,2020/7/12,10,（乙类）,变压器耦合（体积大、频率特性差）,实用的变压器功率放大电路,同类型管子在电路中交替导通的方式称为“推挽”工作方式。,变压器耦合乙类推挽功率放大电路,2020/7/12,11,*共集电极,*互补输出电路,*fL受CRL限制，需很大的C。,三、无输出变压器的功率电路Output Transformerless （OTL电路）,用一个大容量电容取代了变压器(电容：几百几千微法的电解电容器）,静态时：前级电路应使基极电位为VCC/2，发射结电位为VCC/2 ，故电容上的电压也VCC/2。,工作时： T1和T2轮流导

6、通，电路为射极跟随状态。,2020/7/12,12,四、无输出电容的功率放大电路 Output Capacitorless（OCL电路）,双电源供电,T1和T2特性对称,静态时: T1和T2均截止，输出电压为零。,工作时: T1和T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输入之间双向跟随。,不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路；二只管子的这种交替工作方式称为“互补”工作方式。,2020/7/12,13,五、桥式推挽功率放大电路 Balanced Transformerless（BTL电路）,单电源供电，四只管子特性对称,静态时，四只晶体管均截止，输出电压为零。

7、,当 ui0时 ，T1和T4导通， T2和T3 截止，负载上获得正半周电压；,当 ui0时 ，T2和T3导通， T1和T4 截止，负载上获得负半周电压。,因而负载上获得交流功率,工作时，,2020/7/12,14,9.2 互补功放电路,互补功率放大电路中，应用最广泛的是OTL和OCL电路。本节以OCL电路为例，介绍互补功放的设计和计算。,9.2.1OCL电路的组成及工作原理,一、电路组成,ui 0 T1 导通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 导通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T

8、1 、 T2 截止,若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真。,2020/7/12,15,利用二极管的UF抵消三极管的UON,增加R2调整电压大小,电压倍增电路 UBE multiplier,二、消除交越失真的OCL电路的工作原理,2020/7/12,16,三、采用复合管的OCL电路,由于NPN、PNP大功率晶体管配对困难，常采用复合管形式来实现互补对管。,2020/7/12,17,9.2.2OCL电路的输出功率及效率,当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析,图9.2.4OCL电路的图解分析,I 区 为T1管的输出特性， II区为T2管的输出特性；,二只管子的静态电流很小，可认为

9、Q点在横轴上。,Uop = VCC UCES,最大输出电压幅值,最大不失真输出电压的有效值,2020/7/12,18,最大输出功率,电源VCC提供的电流,电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积。,转换效率,理想情况下， UCES可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略,2020/7/12,19,9.2.3OCL电路中晶体管的选择,一、最大管压降,二、集电极最大电流,三、集电极最大功耗,如何求PT的最大功率？,2020/7/12,20,集电极最大功耗,当UCES VCC时，,功放管极限参数,功放管选择应有余量，注意散热,2020/7/12,21,2020/7/12,22,例9.2.1在图9.2.2所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL 4欧，,（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率 （2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。,解（1）,（2）因为UOUi，所以UOm8V。最大输出功率,2020/7/12,23,9.3 集成功放电路,OTL、OCL、BTL等功放电路均有许多规格的Ic可供选择，并且Ic内部都设有各种保护电路、性能改善电路等等，应用时只需外接少量元件和散