第5章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、 *474 *475目目 錄錄退出退出5.1 概述概述 4765.2 互補(bǔ)推挽功率放大器互補(bǔ)推挽功率放大器 4835.3 其他形式的功放電路其他形式的功放電路 5095.4 功率器件、散熱及保護(hù)電路功率器件、散熱及保護(hù)電路 523 *4765.1 概述概述5.1.1 功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo)5.1.2 功率放大器的分類功率放大器的分類返回返回退出退出 *4775.1.1 功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo) 功率放大：以輸出功率為重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。功率放大：以輸出功率為重點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。電壓放大：不失真地增大輸出信號(hào)電壓幅度，以驅(qū)動(dòng)功放。電壓放大：不失真地增大輸出信號(hào)電壓幅度，

2、以驅(qū)動(dòng)功放。 功率放大器實(shí)質(zhì)上也是能量轉(zhuǎn)換電路，它的主要功率放大器實(shí)質(zhì)上也是能量轉(zhuǎn)換電路，它的主要特點(diǎn)就是工作在大信號(hào)狀態(tài)下。特點(diǎn)就是工作在大信號(hào)狀態(tài)下。1.預(yù)備知識(shí)預(yù)備知識(shí) 電壓放大和功率放大有不同的特點(diǎn)及指標(biāo)要求，在多級(jí)電壓放大和功率放大有不同的特點(diǎn)及指標(biāo)要求，在多級(jí)放大器中，電壓放大器處于前置級(jí)和中間級(jí)，而功率放大器放大器中，電壓放大器處于前置級(jí)和中間級(jí)，而功率放大器處在末級(jí)（也可能包括末前級(jí)），以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。處在末級(jí)（也可能包括末前級(jí)），以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。返回返回退出退出 *478（2 2）功率放大器的效率）功率放大器的效率和晶體管集電極效率和晶體管集電極效率c 2. 主要指標(biāo)主要指標(biāo)%o10

3、0UPP cU100%oPP 功率放大器在線性區(qū)能夠向負(fù)載提供的功率放大器在線性區(qū)能夠向負(fù)載提供的最大最大交流功率。交流功率。 工作在線性區(qū)。工作在線性區(qū)。op（1 1）輸出功率）輸出功率注意：注意： 提供的最大交流功率（管子充分利用或稱盡限運(yùn)用）。提供的最大交流功率（管子充分利用或稱盡限運(yùn)用）。 效率效率：放大器的輸出信號(hào)功率：放大器的輸出信號(hào)功率 與直流電源供給功率與直流電源供給功率 之比之比: :oPUP ：直流電源供給集電極和偏置電路等直流功率之和。：直流電源供給集電極和偏置電路等直流功率之和。UP 晶體管集電極效率晶體管集電極效率 ：輸出功率：輸出功率P Po o與電源供給集電極與電

4、源供給集電極的直流功率的直流功率 之比之比: :UPc 5.1.1 功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo) 返回返回退出退出 *479coPPPU 直流電源供給功率直流電源供給功率 一部分變成了有用的輸出信號(hào)，一部分變成了有用的輸出信號(hào)，剩余的部分主要變成了晶體管的管耗剩余的部分主要變成了晶體管的管耗 ，即，即（3 3）非線性失真）非線性失真 由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài)下，所以很容易導(dǎo)致輸出由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài)下，所以很容易導(dǎo)致輸出信號(hào)產(chǎn)生非線性失真。要求功放產(chǎn)生的非線性失真盡可能小。信號(hào)產(chǎn)生非線性失真。要求功放產(chǎn)生的非線性失真盡可能小。結(jié)論：結(jié)論： 功率放大器的任務(wù)是功率放大器的任務(wù)是:

5、 : 在確保晶體管安全運(yùn)用情況下，在確保晶體管安全運(yùn)用情況下，獲得盡可能大的輸出功率，盡可能高的效率和盡可能小的獲得盡可能大的輸出功率，盡可能高的效率和盡可能小的非線性失真。非線性失真。UPcP5.1.1 功率放大器的主要指標(biāo)功率放大器的主要指標(biāo) 返回返回退出退出 *4805.1.2 功率放大器的分類功率放大器的分類 180 導(dǎo)導(dǎo)通通角角 90 導(dǎo)通角導(dǎo)通角功率放大器根據(jù)功放管的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行分類。功率放大器根據(jù)功放管的導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行分類。（1）甲類（）甲類（A類）工作狀態(tài)類）工作狀態(tài) 在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管都是導(dǎo)通的。都是導(dǎo)通的。（2）乙類（）乙類（

6、B類）工作狀態(tài)類）工作狀態(tài) 在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)晶體管在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通。導(dǎo)通。返回返回退出退出 *481 5.1.2 功率放大器的分類功率放大器的分類18090（3）甲乙類（）甲乙類（AB類）工作狀態(tài)類）工作狀態(tài) 是介于甲類和乙類之間的工作狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于是介于甲類和乙類之間的工作狀態(tài)，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期。半個(gè)周期，但小于一個(gè)周期。（4）丙類（）丙類（C類）工作狀態(tài)類）工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期。晶體管導(dǎo)通的時(shí)間小于半個(gè)周期。 90 返回返回退出退出 *4825.1.2 功率放大器的分類功率放大器的分類CESCEUu（5）丁類（）

7、丁類（D類）工作狀態(tài)類）工作狀態(tài) 此時(shí)，晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，即在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)此時(shí)，晶體管處于開關(guān)狀態(tài)，即在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)飽和導(dǎo)通；在另外半個(gè)周期內(nèi)，晶體管截止。飽和導(dǎo)通；在另外半個(gè)周期內(nèi)，晶體管截止。飽和導(dǎo)通：飽和導(dǎo)通：五類功放的效率滿足下式：五類功放的效率滿足下式：丁丙乙甲乙甲（6）結(jié)論）結(jié)論返回返回退出退出 *4835.2 互補(bǔ)推挽功率放大器互補(bǔ)推挽功率放大器5.2.1 乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理5.2.2 乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出

8、退出 *4845.2 互補(bǔ)推挽功率放大器互補(bǔ)推挽功率放大器引言：甲類單管功放簡(jiǎn)介引言：甲類單管功放簡(jiǎn)介L(zhǎng)L)(RNNR221LCESCCLcemcemcmo)(RuURUUIP22212121CCCQUIPUUocPP 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0CESuLCCooRUPPmax221LCCCCcmCCCQRUUIUIPU2設(shè)變壓器為理想的設(shè)變壓器為理想的%occ50UmaxPP 需要強(qiáng)調(diào)指出的是，對(duì)于甲類功率，需要強(qiáng)調(diào)指出的是，對(duì)于甲類功率，PU是一常數(shù)，與輸入信號(hào)是一常數(shù)，與輸入信號(hào)的大小無關(guān)。即使輸入信號(hào)為零，直流電源還照樣提供直流功率，的大小無關(guān)。即使輸入信號(hào)為零，直流電源還照樣提供直流功率，因此效率很

9、低。因此效率很低。oP返回返回退出退出 *485 采用乙類的原因：由于晶體管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，采用乙類的原因：由于晶體管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，因此晶體管的集電極靜態(tài)電流因此晶體管的集電極靜態(tài)電流 ，所以一個(gè)周期內(nèi)，所以一個(gè)周期內(nèi)晶體管的平均功耗小。晶體管的平均功耗小。5.2.1 乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理顯然，集電極電流產(chǎn)生了顯然，集電極電流產(chǎn)生了嚴(yán)重的非線性失真。嚴(yán)重的非線性失真。 選用兩只特性完全相同的異型選用兩只特性完全相同的異型晶體管晶體管 ，輪流工作在乙類狀態(tài)。，輪流工作在乙類狀態(tài)。如何解決非線性失真和高效率的矛盾？如何解決非線性失真和高效率的矛盾？從而

10、在負(fù)載上獲得完整的輸出波形。從而在負(fù)載上獲得完整的輸出波形。0CQI返回返回退出退出 *4861.1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) （1 1） 和和 是一對(duì)對(duì)是一對(duì)對(duì)稱的異型晶體管；稱的異型晶體管； （2 2） 和和 分別與分別與負(fù)載組成射極跟隨器；負(fù)載組成射極跟隨器； （3 3）采用）采用 兩組電源兩組電源供電。供電。 兩管交替工作，一只在輸入兩管交替工作，一只在輸入信號(hào)正半周導(dǎo)通，另一只在負(fù)半信號(hào)正半周導(dǎo)通，另一只在負(fù)半周導(dǎo)通，猶如一推一挽，在負(fù)載周導(dǎo)通，猶如一推一挽，在負(fù)載上合成完整的波形。上合成完整的波形。1VT2VT1VT2VTLRCCU5.2.1乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的

11、工作原理返回返回退出退出 *4872.工作原理工作原理注：以下的分析中不考慮發(fā)射結(jié)門限電壓。注：以下的分析中不考慮發(fā)射結(jié)門限電壓。電路電路0iu兩管基極的靜態(tài)電位為零兩管基極的靜態(tài)電位為零兩管均截止兩管均截止021CQCQIICCCEQCEQUUU215.2.1乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理返回返回退出退出 *488 2.工作原理工作原理電路電路0iu 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止截止 與與 組成射極跟隨器組成射極跟隨器在在 上得到上半周波形上得到上半周波形iu1Ei 輸入信號(hào)在正半周的情況輸入信號(hào)在正半周的情況1VT2VTLR1VTLR5.2.1乙類推挽功率放大器的工作原理乙

12、類推挽功率放大器的工作原理返回返回退出退出 *4892. 工作原理工作原理電路電路0iu 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止截止 與與 組成射極跟隨器組成射極跟隨器在在 上得到下半周波形上得到下半周波形iu2Ei 輸入信號(hào)在負(fù)半周的情況輸入信號(hào)在負(fù)半周的情況1VT2VTLR2VTLR5.2.1乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理返回返回退出退出 *490 2. 工作原理工作原理21EELiii5.2.1乙類推挽功率放大器的工作原理乙類推挽功率放大器的工作原理返回返回退出退出 *491LCCRUCCU1CEuCESNuoLCCRUCESPuoCCUQ靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)02121CQCQCCCEQC

13、EQII,UUU兩管的兩管的Q點(diǎn)點(diǎn)重合重合5.2.2 乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算組合特性曲線組合特性曲線LR1 1.1.組合特性曲線組合特性曲線 由于功放電路工作在大由于功放電路工作在大信號(hào)狀態(tài)下，不能采用微變信號(hào)狀態(tài)下，不能采用微變等效電路分析，必須采用圖等效電路分析，必須采用圖解法分析。為了便于分析，解法分析。為了便于分析，將將VT2的特性曲線倒置在的特性曲線倒置在VT1特性曲線的下方，它們的靜特性曲線的下方，它們的靜態(tài)工作點(diǎn)重合。態(tài)工作點(diǎn)重合。CCECCEUuu221CCULCCRULCCRU返回返回退出退出 *492返回返回退出退出 *493CCULCCR

14、ULCCRUA2. 輸出功率輸出功率LomaxCCRUP22op22cemcmoUIP cemcmUI21不考慮不考慮uCES時(shí)，輸出功率是時(shí)，輸出功率是AQO的面積，此時(shí)輸出功的面積，此時(shí)輸出功率最大。率最大。兩個(gè)晶體管的輸出功率為兩個(gè)晶體管的輸出功率為 定義電壓利用系數(shù)定義電壓利用系數(shù)CCcem/UU222222121 LCCLCESCCLcemo)(RURuURUP時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)1 即忽略晶體管的飽和壓降即忽略晶體管的飽和壓降結(jié)論：結(jié)論：oP 通常所指的輸出功率通常所指的輸出功率 是指在線是指在線性區(qū)得到的最大輸出功率。性區(qū)得到的最大輸出功率。實(shí)際輸出功率與激勵(lì)信號(hào)的大小有關(guān)。實(shí)際輸出功率與激

15、勵(lì)信號(hào)的大小有關(guān)。op返回返回 *494 直流電源供給晶體管集電極的直流功率是由兩個(gè)電源供直流電源供給晶體管集電極的直流功率是由兩個(gè)電源供給的給的. .由于每個(gè)晶體管只導(dǎo)通半周期，故流過每個(gè)集電極的由于每個(gè)晶體管只導(dǎo)通半周期，故流過每個(gè)集電極的電流為電流為半個(gè)周期的非正弦波半個(gè)周期的非正弦波。3. 直流電源供給晶體管集電極的直流功率0I)d(cmcItiI20021 LCCmaxRUPU221 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng) CCUIPU02 LCCRU221Ci2CiCCLcemPURUU2 可見，輸入信號(hào)越大，即可見，輸入信號(hào)越大，即越大，越大，需要提供的直流電源供給功率需要提供的直流電源供給功率PU就越大；

16、就越大；反之，輸入信號(hào)越小，需要提供的直流反之，輸入信號(hào)越小，需要提供的直流電壓功率就越小。當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，電壓功率就越小。當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，直流電源不需要提供功率。直流電源不需要提供功率。00min UP時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 這說明電源供給的直這說明電源供給的直流功率不是恒定不變的，流功率不是恒定不變的，而是根據(jù)輸入信號(hào)大小而而是根據(jù)輸入信號(hào)大小而變化。因此乙類功放的效變化。因此乙類功放的效率高（與甲類進(jìn)行比較）。率高（與甲類進(jìn)行比較）。為每管集電極電流的平均值（直流電流）。為每管集電極電流的平均值（直流電流）。返回返回 *4954. 集電極效率集電極效率 c Uopp 41%cmax5784.

17、222 LCCoRUP LCCURUP22cmaxcmax稱為理論極限效率。稱為理論極限效率?？梢姡翌愅仆旃Ψ诺募姌O效率與電壓利用系數(shù)可見，乙類推挽功放的集電極效率與電壓利用系數(shù)成正比。成正比。5.2.2 乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算時(shí)，集電極效率最高時(shí)，集電極效率最高當(dāng)當(dāng)返回返回退出退出 *4965. 對(duì)晶體管的要求對(duì)晶體管的要求（1 1）集電極功耗）集電極功耗P Pc c ：每管的集電極損耗。：每管的集電極損耗。 222 LCCoRUP )(ocPPPU212224 LCCLCCRRUU能否認(rèn)為輸入信號(hào)越大能否認(rèn)為輸入信號(hào)越大 越大），管耗就越大呢？越大），

18、管耗就越大呢？( LCC RUPU22均是對(duì)兩管而言的均是對(duì)兩管而言的管耗也與管耗也與有關(guān)。有關(guān)。為了保證晶體管安全工作為了保證晶體管安全工作0 ddPComaxomaxcmaxP.PP20222時(shí)時(shí)， 0 2maxP. PCMoUP21oP21通過管耗的表達(dá)式可以畫出通過管耗的表達(dá)式可以畫出 和和的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線cP5.2.2 乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算返回返回退出退出 *497CC(BR)CEOUU2 處于截止?fàn)顟B(tài)的晶體管的處于截止?fàn)顟B(tài)的晶體管的c c極和極和e e極極之間承受的反壓之間承受的反壓)(CESCCCCuUUCCU2（3 3）集電極最大允許電流

19、）集電極最大允許電流指功放管導(dǎo)通時(shí)，流過管子的最大電流。指功放管導(dǎo)通時(shí)，流過管子的最大電流。LCCLcemCMR/UR/UI(BR)CEOU（2 2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓結(jié)論：結(jié)論： 為確保晶體管安全工作，必須同時(shí)滿足上面的三個(gè)條件。為確保晶體管安全工作，必須同時(shí)滿足上面的三個(gè)條件。 圖示的雙電源供電的互補(bǔ)推挽功率放大器稱為圖示的雙電源供電的互補(bǔ)推挽功率放大器稱為OCL（Output Capacitor Less)電路。電路。時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)0iu ， 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止截止，情況一樣。，情況一樣。2VT1VT當(dāng)當(dāng) ， 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止，截止，1VT2VT0iu12cemCCCEUUu5.2.

20、2 乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算乙類推挽功率放大器的分析計(jì)算返回返回退出退出 *498例例5-1 一雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖所示，設(shè)已知一雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖所示，設(shè)已知UCC=12V,RL=16,輸入信號(hào)為正弦波，求（輸入信號(hào)為正弦波，求（1）忽略飽和壓降時(shí)，負(fù)）忽略飽和壓降時(shí)，負(fù)載得到的最大輸出功率載得到的最大輸出功率Pomax；(2)每個(gè)管子的每個(gè)管子的PCM至少為多至少為多少？少？(3)每個(gè)管子的耐壓為多少？每個(gè)管子的耐壓為多少？4.5WWLCComax162122122RUP）（WWomaxcmax90542020.P.PWCM90.PVVCC(BR)CEO241222 UU解：解：

21、(2) 每管允許承受的管耗：每管允許承受的管耗：故要求管子允許的最大管耗為故要求管子允許的最大管耗為(3) 每管的耐壓為：每管的耐壓為：返回返回退出退出 *499例例5-2 電路如圖所示，電源電壓電路如圖所示，電源電壓UCC20V，RL8試計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，且有效值為試計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)為正弦信號(hào)，且有效值為10V時(shí)，電路的時(shí)，電路的輸出功率、管耗、直流電源供給功率和效率。輸出功率、管耗、直流電源供給功率和效率。解：解：時(shí)時(shí)V10iUVim1414102.U導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，VT1和和VT2均構(gòu)成共集電路，因此均構(gòu)成共集電路，因此,Au1mVimomcem1414.UUU故故輸出功率輸出功率

22、WWLcemo501281414212122.RUP)()(oCCooUCCPUIPPPP2212121每管實(shí)際承受的管耗每管實(shí)際承受的管耗于于是是而而，LcemcmoRUIIW)W()R(oLCCcemCC0155012814320141422122121.PUUPP返回返回退出退出 *500直流電源供給的功率：直流電源供給的功率：W.)W(Co52220210501221.PPPUWWCCLcemCCo52222081431414222.URUUIPU或或%oc505520141444100.PPU 效效率率 應(yīng)當(dāng)指出，由于輸入信號(hào)偏小，這時(shí)電路未處于充分應(yīng)當(dāng)指出，由于輸入信號(hào)偏小，這時(shí)電

23、路未處于充分利用或盡限運(yùn)用，輸出功率未達(dá)到線性區(qū)最大輸出功率，利用或盡限運(yùn)用，輸出功率未達(dá)到線性區(qū)最大輸出功率，故效率偏低。故效率偏低。返回返回退出退出 *5015.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真tUu cosimi設(shè)設(shè))cos(n)cos()cos(cmcmcmEnntItItIIi 2211012)cos()cos(I)cos(cmncmcmEnntnIttIIi 221102221.推挽電路對(duì)偶次諧波的抑制推挽電路對(duì)偶次諧波的抑制 推挽電路中，若兩管的特性完全一致，則其電壓、推挽電路中，若兩管的特性完全一致，則其電壓、電流波形也完全對(duì)稱。電流波形也完

24、全對(duì)稱。21EELiii)cos()cos(cmcm3311322 tItI可見，對(duì)稱的電路可以消除偶次諧波成分?？梢?，對(duì)稱的電路可以消除偶次諧波成分。返回返回退出退出 *5022.交越失真及消除方法交越失真及消除方法CESCESPCESNuuu理想傳輸特性（不理想傳輸特性（不考慮門限電壓）考慮門限電壓）（1 1）傳輸特性）傳輸特性 在實(shí)際傳輸特性中，必須考慮三極在實(shí)際傳輸特性中，必須考慮三極管發(fā)射結(jié)的門限電壓值。管發(fā)射結(jié)的門限電壓值。 可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)的絕對(duì)值可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)的絕對(duì)值小于小于0.7V時(shí)，沒有輸出，因此輸出時(shí)，沒有輸出，因此輸出信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯的失真。信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯的失真

25、。 是NPN管的集電極飽和電壓CESNU傳輸特性的斜率為什么傳輸特性的斜率為什么為為1 1？5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *503Vo/uVo/uVi/uCESCCUU CESCCUU交越失真交越失真實(shí)際傳輸特性及輸出電壓波形如圖所示實(shí)際傳輸特性及輸出電壓波形如圖所示（2 2）交越失真）交越失真交越失真是指發(fā)生交越失真是指發(fā)生在信號(hào)穿越過零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)在信號(hào)穿越過零點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的失真。生的失真。5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *504門限電壓門限電壓原理電路原理電路（3 3）消除交越失真

26、的方法）消除交越失真的方法改為甲乙類工作狀態(tài)改為甲乙類工作狀態(tài)交越失真交越失真 圖中，給兩個(gè)晶體管加入了同樣圖中，給兩個(gè)晶體管加入了同樣的正偏電壓的正偏電壓 ，由于此時(shí)晶體管的，由于此時(shí)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間已大于半個(gè)周期，因此此時(shí)導(dǎo)通時(shí)間已大于半個(gè)周期，因此此時(shí)的工作狀態(tài)是的工作狀態(tài)是甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)。但由于。但由于其工作狀態(tài)十分接近于乙類，故仍可按其工作狀態(tài)十分接近于乙類，故仍可按乙類的功放進(jìn)行分析。乙類的功放進(jìn)行分析。2BBU5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真交越失真交越失真消除門限電壓的影響？消除門限電壓的影響？給兩管給予一定的正向偏置給兩管

27、給予一定的正向偏置 該圖是原理電路，實(shí)際上，在集該圖是原理電路，實(shí)際上，在集成電路中，正向偏置不會(huì)直接采用電成電路中，正向偏置不會(huì)直接采用電壓源的方式，可以用電阻壓源的方式，可以用電阻、二極二極管和晶體管等元器件來提供。管和晶體管等元器件來提供。返回返回退出退出 *5051132IRUUCEBBE21132CEBBEIRUU實(shí)際電路實(shí)際電路1 1實(shí)際電路實(shí)際電路2 2：顯然，在該電路中，正向偏壓是顯然，在該電路中，正向偏壓是由由 和和 的正向電壓提供。的正向電壓提供。1VD2VD電容電容 是保證在交流時(shí)，加在是保證在交流時(shí)，加在和和 基極的輸入信號(hào)是相同的?；鶚O的輸入信號(hào)是相同的。1C2VT3

28、VT 在該電路中，在該電路中， 是放大級(jí)，是放大級(jí)， 和和 構(gòu)成互補(bǔ)推挽功放，構(gòu)成互補(bǔ)推挽功放，正向偏壓是利用流過正向偏壓是利用流過 的直流的直流電流電流 在在 上產(chǎn)生的壓降提供的。上產(chǎn)生的壓降提供的。1VT2VT3VT1R1CI1R5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *506212RUIBER)(BEBB2111RRUU32EBBEBBUUU令令2211RIRIURRBB且且)(RBB212RRIU實(shí)際電路實(shí)際電路3 3： 恰當(dāng)選擇電阻恰當(dāng)選擇電阻R R1 1、R R2 2，使，使I IB1B1可以忽略不計(jì)，則可以忽略不計(jì)，則 調(diào)整調(diào)整R

29、1、R2比值，即可獲得某一倍數(shù)比值，即可獲得某一倍數(shù) UBE 的的UBB，因此該電路又稱為，因此該電路又稱為UBE倍增電路。倍增電路。 在該電路中，在該電路中， 是放大級(jí)，是放大級(jí)， 和和 、 組成恒壓源電組成恒壓源電路，為路，為 和和 提供正向偏提供正向偏壓，以消除交越失真。壓，以消除交越失真。1VT2VT3VT1R4VT2R5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *507使用負(fù)反饋電路使用負(fù)反饋電路 在功率放大器前引入一級(jí)在功率放大器前引入一級(jí)電壓放大器（在本圖中引入了電壓放大器（在本圖中引入了集成運(yùn)放），并構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)集成運(yùn)放），并構(gòu)成

30、電壓串聯(lián)負(fù)反饋。反饋。 設(shè)死區(qū)電壓為設(shè)死區(qū)電壓為0.7V，則引入負(fù)反饋后，死區(qū)電壓則引入負(fù)反饋后，死區(qū)電壓為為0.7V/A0。A0為集成運(yùn)放為集成運(yùn)放開環(huán)增益。開環(huán)增益。R1是用來限制放大器是用來限制放大器A的輸出電流，但同時(shí)的輸出電流，但同時(shí)RL又是靠又是靠R1上上的電流來驅(qū)動(dòng)的。的電流來驅(qū)動(dòng)的。5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *508小 結(jié)乙類工作狀態(tài)的矛盾乙類工作狀態(tài)的矛盾互補(bǔ)推挽功放互補(bǔ)推挽功放電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)工作原理工作原理電流波形圖電流波形圖組合特性曲線組合特性曲線性能指標(biāo)性能指標(biāo)非線性失真非線性失真工作原理工作原理性能指標(biāo)

31、計(jì)算性能指標(biāo)計(jì)算極限參數(shù)選擇極限參數(shù)選擇交越失真交越失真消除方法消除方法5.2.3 乙類推挽功率放大器的非線性失真乙類推挽功率放大器的非線性失真返回返回退出退出 *5095.3 其它形式的功放電路其它形式的功放電路5.3.1 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路單電源供電的互補(bǔ)推挽電路5.3.2 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器5.3.3 集成功放電路集成功放電路5.3.4 丁類音頻功率放大器丁類音頻功率放大器返回返回退出退出 *510 5.3.1 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路單電源供電的互補(bǔ)推挽電路1.原理電路原理電路 雙電源供電的互補(bǔ)推挽電路需要兩組正負(fù)電源，使用不便雙電源供電的互補(bǔ)推挽電路需要兩

32、組正負(fù)電源，使用不便. .0iuCC2U221/UUUCCCEQCEQ 當(dāng)電容當(dāng)電容C C 的容量很大時(shí)，對(duì)的容量很大時(shí)，對(duì)C C 的充放的充放電時(shí)間遠(yuǎn)大于信號(hào)的半個(gè)周期。因此，電時(shí)間遠(yuǎn)大于信號(hào)的半個(gè)周期。因此，當(dāng)兩管輪流導(dǎo)通時(shí)，電容兩端電壓基本當(dāng)兩管輪流導(dǎo)通時(shí)，電容兩端電壓基本不變。不變。兩管基極靜態(tài)電位為兩管基極靜態(tài)電位為返回返回退出退出 *511 5.3.1 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路單電源供電的互補(bǔ)推挽電路2.實(shí)際電路結(jié)構(gòu)實(shí)際電路結(jié)構(gòu) 電路中只采用電路中只采用了一組電源供電；了一組電源供電；VT1是放大級(jí)，工是放大級(jí)，工作在甲類狀態(tài)。作在甲類狀態(tài)。 VT2和和VT3構(gòu)成構(gòu)成互補(bǔ)推挽功放，

33、互補(bǔ)推挽功放，R4用來消除交越失真，用來消除交越失真，C3用來旁路用來旁路R4，使，使加到加到VT2、VT3的基的基極的激勵(lì)信號(hào)相等。極的激勵(lì)信號(hào)相等。VT2和和VT3的輸出通過電容的輸出通過電容C2和負(fù)載相接。和負(fù)載相接。返回返回退出退出 *5125.3.1 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路單電源供電的互補(bǔ)推挽電路VCCB702./UU3.工作原理工作原理調(diào)整調(diào)整VT1的靜態(tài)工作點(diǎn)，使的靜態(tài)工作點(diǎn)，使2/UUCCE 由于由于C2的容量很大，因此的容量很大，因此C2充放電的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)的充放電的時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于信號(hào)的半個(gè)周期，所以兩管輪流導(dǎo)通時(shí)，電容兩端的電壓基本不變恒等半個(gè)周期，所以兩管輪流導(dǎo)通

34、時(shí)，電容兩端的電壓基本不變恒等于于UCC/2，相當(dāng)于直流電源電壓，于是對(duì)，相當(dāng)于直流電源電壓，于是對(duì)VT2、VT3每管工作時(shí)的直每管工作時(shí)的直流電源電壓均為流電源電壓均為UCC/2。返回返回退出退出 *5135.3.1 單電源供電的互補(bǔ)推挽電路單電源供電的互補(bǔ)推挽電路LCESCCo)(Ru/UP2221LCComaxRUP82CCCC(BR)CEOUUU22LCCCMR/UI24. 性能指標(biāo)性能指標(biāo) 該電路的性能指標(biāo)計(jì)算該電路的性能指標(biāo)計(jì)算等同于等同于OCL電路，只是此時(shí)電路，只是此時(shí)的等效電源電壓為的等效電源電壓為UCC/2。 圖示的單電源供電的互補(bǔ)推挽功率放大器稱為圖示的單電源供電的互補(bǔ)推

35、挽功率放大器稱為OTL(Output Transformer Less)電路。電路。返回返回退出退出 *514 5.3.2 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器復(fù)合管類型以第一個(gè)晶體管為準(zhǔn)；復(fù)合管類型以第一個(gè)晶體管為準(zhǔn)；應(yīng)保證兩管的基極電流能流通；應(yīng)保證兩管的基極電流能流通； 第一管的第一管的c、e不能和第二管的不能和第二管的b、e接在一起。接在一起。 1.復(fù)合管復(fù)合管 將兩只或兩只以上的晶體管按照一定的原則連接在一起，將兩只或兩只以上的晶體管按照一定的原則連接在一起，以實(shí)現(xiàn)一定的目的。以實(shí)現(xiàn)一定的目的。（1）等效為）等效為NPN管管（2）等效為）等效為PNP管管（3）連接原則：）連接原則

36、：返回返回退出退出 *515 5.3.2 準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器2.準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路準(zhǔn)互補(bǔ)推挽電路 VT5作為放大管，工作在甲類作為放大管，工作在甲類工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。 VT1、VT3 以復(fù)合管的方式構(gòu)以復(fù)合管的方式構(gòu)成成NPN管。管。 VT2、VT4 以復(fù)合管的方式構(gòu)以復(fù)合管的方式構(gòu)成成PNP管。管。 注：注：VT3和和VT4是同型管子，所以不具互補(bǔ)性，互補(bǔ)是同型管子，所以不具互補(bǔ)性，互補(bǔ)作用是由作用是由VT1和和VT2實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 Re1和和Rc2的作用是為了減小的作用是為了減小復(fù)合管的穿透電流。復(fù)合管的穿透電流。返回返回退出退出 *516集成電路要求、特點(diǎn)與構(gòu)成集成

37、電路要求、特點(diǎn)與構(gòu)成 要求：要求：大電容，大電阻，電感外接大電容，大電阻，電感外接 二極管用晶體管連接替代二極管用晶體管連接替代 晶體管數(shù)目不限晶體管數(shù)目不限 特點(diǎn)：特點(diǎn)：體積小、重量輕、成本低；體積小、重量輕、成本低； 外接元減少、調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù)外接元減少、調(diào)試簡(jiǎn)單，維護(hù) 方便性能優(yōu)越，可靠性高方便性能優(yōu)越，可靠性高 構(gòu)成：構(gòu)成： 5.3.3 集成功放電路集成功放電路返回返回退出退出 *5175.3.3 集成功放電路集成功放電路(1) LM380內(nèi)部電路內(nèi)部電路LM380是單電源供電的集成功放。是單電源供電的集成功放。返回返回退出退出 *5185.3.3 集成功放電路集成功放電路(2) LM

38、380外接引腳外接引腳返回返回退出退出 *519 5.3.4丁類音頻功率放大器丁類音頻功率放大器MOS管的出現(xiàn)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展管的出現(xiàn)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展丁類音頻功放丁類音頻功放提高放大器的效率提高放大器的效率及系統(tǒng)穩(wěn)定性等及系統(tǒng)穩(wěn)定性等返回返回退出退出 *5201. PWM開關(guān)功率放大器工作原理開關(guān)功率放大器工作原理PWM：脈沖寬度調(diào)制（：脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation)組成框圖：組成框圖：（1）PWM信號(hào)的產(chǎn)生信號(hào)的產(chǎn)生 脈寬調(diào)制器將音頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度正比于脈寬調(diào)制器將音頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖寬度正比于其輸入信號(hào)瞬時(shí)幅度的信號(hào)其輸入信號(hào)瞬時(shí)幅度的信號(hào) 5.3.

39、4 丁類音頻功率放大器丁類音頻功率放大器返回返回退出退出 *521onLLRRR (2) 開關(guān)功率放大器開關(guān)功率放大器 開關(guān)管開關(guān)管VT1和和VT2輪流導(dǎo)通，以輪流導(dǎo)通，以開關(guān)方式工作，即工作于可變電阻開關(guān)方式工作，即工作于可變電阻區(qū)和截止區(qū)兩種狀態(tài)。區(qū)和截止區(qū)兩種狀態(tài)。工作于可變電阻區(qū)：工作于可變電阻區(qū)：開關(guān)管導(dǎo)通電阻開關(guān)管導(dǎo)通電阻 由于在可變電阻區(qū)時(shí)，流過管子的電流可以很大，但漏由于在可變電阻區(qū)時(shí)，流過管子的電流可以很大，但漏源間的電壓很小，因此開關(guān)管的導(dǎo)通電阻很小，故效率很高。源間的電壓很小，因此開關(guān)管的導(dǎo)通電阻很小，故效率很高。(3) 低通濾波器低通濾波器 只要取樣頻率足夠高，就越容易

40、濾除只要取樣頻率足夠高，就越容易濾除PWM信號(hào)中的諧波信號(hào)中的諧波分量，恢復(fù)出音頻信號(hào)，但取樣頻率也不宜過高，應(yīng)滿足分量，恢復(fù)出音頻信號(hào)，但取樣頻率也不宜過高，應(yīng)滿足maxff7s 5.3.4 丁類音頻功率放大器丁類音頻功率放大器返回返回退出退出 *5222.實(shí)際電路實(shí)際電路單片無需濾波器的單片無需濾波器的D類音頻功率放大器類音頻功率放大器TPA2005D1差分輸入狀態(tài)差分輸入狀態(tài) 5.3.4 丁類音頻功率放大器丁類音頻功率放大器返回返回退出退出 *5235.4 功率器件、散熱及保護(hù)電路功率器件、散熱及保護(hù)電路5.4.1 功率器件功率器件5.4.2 功放管的管耗與散熱功放管的管耗與散熱5.4.

41、3 保護(hù)電路保護(hù)電路返回返回退出退出 *5245.4.1 5.4.1 功率器件功率器件1.功率功率MOSFET大功率大功率MOSFET管采用縱向?qū)щ姕系?，稱為管采用縱向?qū)щ姕系溃Q為VMOSFET。VVMOS管結(jié)構(gòu)圖管結(jié)構(gòu)圖特點(diǎn)：高耐壓（特點(diǎn)：高耐壓（1000V），高工作頻率（數(shù)百），高工作頻率（數(shù)百M(fèi)HZ）返回返回退出退出 *5255.4.1 功率器件功率器件2.絕緣柵雙極型功率管絕緣柵雙極型功率管IGBT這是一種將這是一種將MOS管和雙極型晶體管組合而成的功率器件。管和雙極型晶體管組合而成的功率器件。NMOS復(fù)合管的構(gòu)成及符號(hào)復(fù)合管的構(gòu)成及符號(hào)PMOS復(fù)合管的構(gòu)成及符號(hào)復(fù)合管的構(gòu)成及符號(hào)IGBT具有大電流、具有大電流、高電壓、低功耗、高電壓、低功耗、高輸入電阻、小高輸入電阻、小驅(qū)動(dòng)電流等特點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)電流等特點(diǎn)。返回返回退出退出 *5261.集電極功耗 與環(huán)境溫度 的關(guān)系5.4.2 功放管的管耗與散熱功放管的管耗與散熱cPaT熱功率：熱功率：TBARTT