第9章 大學(xué)模擬電子電路

1、第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 第九章第九章 功率放大電路功率放大電路9.1 概述概述 9.2 互補(bǔ)功率放大電路互補(bǔ)功率放大電路 9.3 功率放大電路功率放大電路的安全運(yùn)行的安全運(yùn)行 9.4 集成功率放大電路集成功率放大電路 3.5 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 9.1 功率放大電路概述功率放大電路概述1. 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo) 1） 根據(jù)負(fù)載要求，提供盡可能大的輸出功根據(jù)負(fù)載要求，提供盡可能大的輸出功率率,功率放大電路提供給負(fù)載的信號功率稱為輸出功率放大電路

2、提供給負(fù)載的信號功率稱為輸出功率。當(dāng)輸入正弦信號時，功率。當(dāng)輸入正弦信號時， 在輸出波形不超過規(guī)在輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真范圍的情況下，放大電路最大輸定的非線性失真范圍的情況下，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積稱為出電壓和最大輸出電流有效值的乘積稱為最大輸最大輸出功率出功率Pom，即，即Pom=UoIo 9.1.1. 功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn)第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 2） 具有較高的效率具有較高的效率 從前面的分析可知，所有的放大電路實(shí)質(zhì)上都是從前面的分析可知，所有的放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量變換器。能量

3、變換器。負(fù)載上所得到的信號功率實(shí)際上是由直負(fù)載上所得到的信號功率實(shí)際上是由直流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的流電源通過放大器件轉(zhuǎn)換而來的。當(dāng)供給功率放大電。當(dāng)供給功率放大電路的直流電源功率一定時，為了向負(fù)載提供盡可能大路的直流電源功率一定時，為了向負(fù)載提供盡可能大的功率，就必須減小損耗，因此提高功率放大電路的的功率，就必須減小損耗，因此提高功率放大電路的能量轉(zhuǎn)換效率是一個重要問題。能量轉(zhuǎn)換效率是一個重要問題。 功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電源功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率是最大輸出功率與電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為直流電源所提供的功率。為直流電源

4、所提供的功率。 VomPP 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 3） 盡量減小非線性失真盡量減小非線性失真 在功率放大電路中，為了使輸出功率盡可能大，在功率放大電路中，為了使輸出功率盡可能大，三極管一般都工作在三極管一般都工作在極限狀態(tài)極限狀態(tài)，瞬時工作點(diǎn)將運(yùn)動到，瞬時工作點(diǎn)將運(yùn)動到接近于管子的飽和區(qū)和截止區(qū)，接近于管子的飽和區(qū)和截止區(qū)， 輸出信號不可避免地輸出信號不可避免地會有非線性失真，而且輸出功率越大，非線性失真越會有非線性失真，而且輸出功率越大，非線性失真越嚴(yán)重。因此必須注意功放管的正確選擇，嚴(yán)重。因此必須注意功放管的正確選擇， 要保證管子要

5、保證管子的最大耗散功率的最大耗散功率PCM、最大集電極電流、最大集電極電流ICM、最大管壓、最大管壓降降U(BR)CEO不超過限定范圍，不超過限定范圍，使管子工作在安全工作區(qū)。使管子工作在安全工作區(qū)。 由于功率放大電路中的三極管通常都工作在由于功率放大電路中的三極管通常都工作在大信大信號號狀態(tài)，狀態(tài)， 因此在進(jìn)行分析時，一般不采用小信號等效因此在進(jìn)行分析時，一般不采用小信號等效電路法，而是采用電路法，而是采用圖解法圖解法進(jìn)行功放電路的靜態(tài)和動態(tài)進(jìn)行功放電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。分析。 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 2. 功率放大電路提高效率的主要途

6、徑功率放大電路提高效率的主要途徑 功率放大電路的形式很多，按放大電路不同的工功率放大電路的形式很多，按放大電路不同的工作狀態(tài)，作狀態(tài)， 可分為可分為甲類放大、甲類放大、 乙類放大、甲乙類放大。乙類放大、甲乙類放大。 在前面所討論的電壓放大電路中，輸入信號在整在前面所討論的電壓放大電路中，輸入信號在整個周期內(nèi)都有電流流過放大器件，這種工作方式稱為個周期內(nèi)都有電流流過放大器件，這種工作方式稱為甲類放大甲類放大， 其工作狀態(tài)如圖（其工作狀態(tài)如圖（a）所示，由圖可見）所示，由圖可見iC0。 在甲類放大電路中，直流電源所提供的功率在沒在甲類放大電路中，直流電源所提供的功率在沒有信號輸入時，有信號輸入時，

7、 全部消耗在管子和電阻上；當(dāng)有信號全部消耗在管子和電阻上；當(dāng)有信號輸入時，一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分消輸入時，一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分消耗在器件上?？梢宰C明耗在器件上?？梢宰C明, 即使在理想情況下，甲類放即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 iCiCOwtOICQQiB 常數(shù)uCE(a) 甲類放大甲類放大第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 怎樣才能使電源所提供的功率盡可能多地轉(zhuǎn)化為有用怎樣才能使電源所提

8、供的功率盡可能多地轉(zhuǎn)化為有用的信號輸出功率呢？要想提高放大電路的效率，只有減小損的信號輸出功率呢？要想提高放大電路的效率，只有減小損耗。從甲類放大電路可知，耗。從甲類放大電路可知，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。如果把靜態(tài)工作點(diǎn)向下移動，使信號等于零時，電源的輸出如果把靜態(tài)工作點(diǎn)向下移動，使信號等于零時，電源的輸出功率也等于零（或很小），功率也等于零（或很小）， 信號增大時電源供給的功率也信號增大時電源供給的功率也隨之增大，隨之增大， 這樣電源所提供的功率和管耗都會隨著輸出功這樣電源所提供的功率和管耗都會隨著輸出功率的大小而變化。率的大小而變化。 利用圖（利用圖（b）

9、和（）和（c）所示工作情況，可）所示工作情況，可以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想。圖（以實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想。圖（b）中，一個周期內(nèi)只有半個周期）中，一個周期內(nèi)只有半個周期iC0，稱為乙類放大；在圖（，稱為乙類放大；在圖（c）中，有半個周期以上）中，有半個周期以上iC0，稱為甲乙類放大。稱為甲乙類放大。 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 wtiCiCuCEOQiB 常數(shù)O(b) 乙類放大乙類放大第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 iCiCOICQQiB 常數(shù)wtuCEO(c) 甲乙類放大甲乙類放大第1章 晶體二極管與三極管 整理p

10、pt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 9.1.2 功率放大電路的組成功率放大電路的組成一.小功率共射放大電路的輸出功率和效率的分析第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 二二.單管變壓器耦合功率放大電路單管變壓器耦合功率放大電路CCCQCCCQomVIVIP2122第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 圖圖9.1.3 變壓器耦合乙類變壓器耦合乙類推挽功率放大電路推挽功率放大電路1ci第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 圖圖9.1.4 OTL電路電路 p.485三

11、三.無輸出變壓器的功率放大電路無輸出變壓器的功率放大電路(大電容大電容C取代變壓器取代變壓器)第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 圖圖9.1.5 OCL電路電路 p.486四四.無輸出電容的功率放大電路無輸出電容的功率放大電路CCV第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 圖9.1.6 BTL電路五五.無輸出電容的功率放大電路無輸出電容的功率放大電路(單電源供電單電源供電)CCV第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 9.2 乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對稱

12、功率放大電路 p.4871. 電路組成電路組成由一對由一對NPN、PNP特性相特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。電用正、負(fù)雙電源供電。電路也稱為路也稱為OCL互補(bǔ)功率放互補(bǔ)功率放大電路。大電路。2. 工作原理工作原理 兩個三極管在信號一個兩個三極管在信號一個正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)負(fù)載得到一個完整的波形。載得到一個完整的波形。第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 乙類互補(bǔ)對稱電路存在的問題乙類互補(bǔ)對稱電路存在的問題實(shí)際測試波形實(shí)際測試波形0V1uBE2uBE1iB20Ui t0iL交越失真 ti

13、B1V2第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt圖9.2.1 交越失真的產(chǎn)生返回返回第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 圖圖9.2.1 消除交越失真的消除交越失真的OCL電路電路第1章 晶體二極管與三極管 整理pptT1和T2管在ui作用下 輸入特性中的圖解分析第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 輸出功率及效率計(jì)算輸出功率及效率計(jì)算 p.4881） 最大輸出功率最大輸出功率PomLCESCCLcemcemcmomRUURUUIP2)(212122 在理想情況下在理想情

14、況下UCES0， 所以所以 LCCCCcmomRUUIP22121 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 2） 直流電源提供的功率直流電源提供的功率PViC=Icmsint 因此，兩個直流電源所提供的總功率等于其因此，兩個直流電源所提供的總功率等于其電源電壓與平均電流的乘積，即電源電壓與平均電流的乘積，即LCESCCCCCCcmcmCCVRUUUUItdtIUP)(22)(sin2120 w ww w 由于每個直流電源只提供半個周期的電流由于每個直流電源只提供半個周期的電流 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路

15、 3） 效率效率 CCCESCCCCcemCCcmcemcmVomUUUUUUIUIPP 44221 理想情況下，忽略理想情況下，忽略UCES， 則則 %5 .784 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 4） 集電極管耗集電極管耗PT p.491 LcemCCLcemcemcmCCcmomVTRUURUUIUIPPP22122121221)(21 集電極管耗是指每個三極管集電極上所損耗的功率，集電極管耗是指每個三極管集電極上所損耗的功率， 用用PT表示。由于上述電源所提供的功率和負(fù)載上獲得的功率是對表示。由于上述電源所提供的功率和負(fù)載上獲得的功率是對

16、兩個三極管而言的，兩個三極管而言的， 因此每個三極管的集電極管耗為因此每個三極管的集電極管耗為 令令dPT/dUcem=0，三極管的管耗為最大，三極管的管耗為最大，LCCTRUP22max1 omomTPPP2 . 022max 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 9.2.3 功放三極管的選擇功放三極管的選擇 從前面的分析可知，在從前面的分析可知，在OCL電路中，每只功放電路中，每只功放管的最大管耗為管的最大管耗為PTmax0.2Pom，它的集，它的集-射之間最大射之間最大壓降為壓降為2UCC，它的最大集電極電流為，它的最大集電極電流為UCC/RL，

17、因此，因此在選擇功放管時應(yīng)滿足下列條件：在選擇功放管時應(yīng)滿足下列條件： 每只功放管最大允許管耗每只功放管最大允許管耗: PCM0.2omax； 功放管集、功放管集、 射之間反向擊穿電壓射之間反向擊穿電壓: U(BR)CEO2UCC；每只功放管最大允許集電極電流每只功放管最大允許集電極電流: ICMUCC/RL。 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 例例9.2.1 p492例例9.2.2 p492（1）最大輸出功率為）最大輸出功率為 WRUVPLCESCCom182)(2 WRUPUiULomm16,0)2(20 則則因因?yàn)闉?8 .624)( CCC

18、ESCCVUV 效率為效率為 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 【例【例3-4】功率放大電路如圖】功率放大電路如圖9.2.2所示，設(shè)功所示，設(shè)功率管率管1=2=15, 電源電壓電源電壓UCC=16 V, 負(fù)載負(fù)載RL=4 ，三極管飽和壓降三極管飽和壓降UCES=0 V，試求電路最大不失真，試求電路最大不失真輸出功率、輸出功率、 滿功率輸出時的管耗及最大管耗、功滿功率輸出時的管耗及最大管耗、功放電路的效率和輸入信號的功率。放電路的效率和輸入信號的功率。 解：解： 在圖在圖9.2.2，V1為為PNP管，管，V2為為NPN管，管，R2、VD1、VD2上產(chǎn)

19、生的壓降之和應(yīng)略大于上產(chǎn)生的壓降之和應(yīng)略大于V1、V2兩管的導(dǎo)通電壓之和，從而使兩管的導(dǎo)通電壓之和，從而使V1、V2管有一個小管有一個小的靜態(tài)電流，并可由的靜態(tài)電流，并可由R2來調(diào)節(jié)靜態(tài)電流的大小。來調(diào)節(jié)靜態(tài)電流的大小。 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 電路的最大輸出電流峰值為電路的最大輸出電流峰值為 ARUILCCom4416 最大輸出功率為最大輸出功率為 WUIPcemomom321642121 電源供給的直流功率為電源供給的直流功率為 WUIPCComV7 .4016422 第1章 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 輸出功率最大（滿功率輸出）時的管耗輸出功率最大（滿功率輸出）時的管耗 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 晶體二極管與三極管 整理ppt第第9 9章章 功率放大電路功率放大電路 輸入信號電流和電壓峰值分別為輸入信號電流和電壓峰值分別為 VUUUAIomIICCcemimbmim16267. 0154 所以，所以， 輸入信號的功率應(yīng)為輸入信號的功率應(yīng)為 WUIPcembmi13. 2