模电课件：笫九章.ppt

1、第九章第九章 功率放大器功率放大器 911功率放大器的特点及工作状态分类功率放大器的特点及工作状态分类 二、特点二、特点(1) 大信号工作。(2) 分析方法以图解法为主。(3) 非线性失真矛盾突出。(4) 提高效率成为重要的关注点。(5) 功率器件的安全问题必须考虑。 (过压、过流、散热等)一、功能：一、功能：不失真的传给负载足够大的功率第九章第九章 功率放大器功率放大器 二、工作状态分类二、工作状态分类 根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为A类类(甲类甲类)、B类类(乙类乙类)、C类类(丙类丙类)等。等。A类类(甲类甲类)：工作点：

2、工作点Q较高较高(ICQ大大)，信号，信号360内，管子均导通。内，管子均导通。 通角：通角： 180 iCt0iCuBEQ0第九章第九章 功率放大器功率放大器iCuBEQ0B类类(乙类乙类)：工作点：工作点Q选在截止点，管子只有半周导通，选在截止点，管子只有半周导通， 另外半周截止。另外半周截止。 通角：通角： 90 iCt02第九章第九章 功率放大器功率放大器iCuBEQ0C类类(丙类丙类)：工作点：工作点Q选在截止点面，选在截止点面，信号导通角小于信号导通角小于180 通角：通角： 90 iCt0AB类类第九章第九章 功率放大器功率放大器 分析结果表明：分析结果表明： A类工作时非线性失

3、真虽小，但效率太低，且没类工作时非线性失真虽小，但效率太低，且没有收到信号时，电源仍供给功率有收到信号时，电源仍供给功率(ICQ0)，这些功率这些功率将转化为无用的管耗。将转化为无用的管耗。 B类工作时非线性失真虽大类工作时非线性失真虽大(波形只有半周波形只有半周)，但，但效率却很高，只要我们在电路结构上加以弥补，非效率却很高，只要我们在电路结构上加以弥补，非线性失真是可以减小的，所以，在功率放大器中大线性失真是可以减小的，所以，在功率放大器中大多采用多采用B类工作。类工作。 C类工作主要用于高频功率放大器中，这里不类工作主要用于高频功率放大器中，这里不予讨论。予讨论。第九章第九章 功率放大器

4、功率放大器 9.2 互补跟随乙类互补跟随乙类(B类类)功率放大器功率放大器一、双电源互补跟随乙类功率放大器一、双电源互补跟随乙类功率放大器(OCL电路电路) OTL：Output TransformerLess OCL：Output CapacitorLess1.电路电路 图图9.2.1 互补跟随乙类功率放大器互补跟随乙类功率放大器(OTL电路电路) 第九章第九章 功率放大器功率放大器t0iC1iC20iC1iC2uCE1Q(0, UCC)uce1( b )iC第九章第九章 功率放大器功率放大器 1)输出交流功率输出交流功率PL LoceCoLLRUUIUIP2212121令 称之为电压利用系

5、数电压利用系数，那么式可改写为CCoUU 信号越大，Uo增大，电压利用率也增大。若忽略集电极饱和电压，则最大=1，故最大输出功率PLm为 LCCLmRUP221 V1、V2为半周工作，但负载电流却是完整的正弦波。 LCCLRUP2221第九章第九章 功率放大器功率放大器 2)电源提供的功率电源提供的功率 当信号最大时，UomUCC，电源输出最大功率: LCCEmRUP22 当信号为零时，工作点接近于截止点，ICQ=0，电源不提供功率；而随着信号的增大，iC1增大，电源提供的功率也将随之增大。这点与A类功放有本质的差别。 LoCCCCCCEECCCERUUIUIUIUP2221PE=UCC(iC

6、1的直流分量)+|UEE|(iC2的直流分量)120101)(1sin22sin21CCTCDCCItItII第九章第九章 功率放大器功率放大器 3)每管转换能量的效率每管转换能量的效率 4421222CCoLoCCLoELELUURUURUPPPP当信号最大，=1时，效率达到最高： %5 .784m一般: 50%60% 第九章第九章 功率放大器功率放大器4)每个管子损耗PCLoLoCCLECRURUUPPP24122 可见，每个管子的损耗PC是输出信号振幅的函数。将PC对Uo求导，可得出最大管耗PCm。令0)21(1oCCLoCUURdUdP得出，当 时，每管的损耗最大： CCoUU2LCC

7、CCCCCCLCmRUUUURP2221)2(4121第九章第九章 功率放大器功率放大器 那么，我们可以得出一个重要结论，即那么，我们可以得出一个重要结论，即PCm与最大与最大输出功率的关系为输出功率的关系为 2 . 022112222LCCLCCLmCmRURUPP 该式该式提供了选择功率管功耗的依据。例如，负载要求的最大功提供了选择功率管功耗的依据。例如，负载要求的最大功率率PLm=10W，那么只要选一个功耗那么只要选一个功耗PCm大于大于0.2PLm=2W的功率的功率管就行了。管就行了。第九章第九章 功率放大器功率放大器 3.选择功率管选择功率管 LLmCCLCCLmRPURUP2212

8、 (2)已知已知PLm，选择管子允许的最大功耗选择管子允许的最大功耗PCM。管子允许的最大功耗管子允许的最大功耗LmCmCMPPP2 . 0 为保证晶体功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：(1)已知已知PLm及及RL，选，选UCC，则则第九章第九章 功率放大器功率放大器 (3) 管子的击穿电压管子的击穿电压U(BR)CEO。 (4)管子允许的最大电流管子允许的最大电流ICM。CCCEOBRUU2)( 当信号最大时，一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为UCC+|UEE|=2UCC，所以LCCCmCMRUII第九章第九章 功率放大器功率放大器 二、单

9、电源互补跟随乙类功率放大器二、单电源互补跟随乙类功率放大器 CCaUU21DC :CCCUU21V1导通、导通、V2截止时，截止时，V1给负载给负载RL提供电流；提供电流； 当当V1截止、截止、V2导通时，电容导通时，电容C充当充当V2的电源，只要的电源，只要C足够足够大，在信号变化一周内，电容电压可以保持基本恒定大，在信号变化一周内，电容电压可以保持基本恒定UCC/2。2CComUU负载得到的交流电压振幅的最大值为负载得到的交流电压振幅的最大值为:第九章第九章 功率放大器功率放大器 故，该电路负载得到的最大交流功率故，该电路负载得到的最大交流功率PLm为为: 为保证功率放大器良好的低频响应，

10、电容为保证功率放大器良好的低频响应，电容C必须满足必须满足 LCCLCCLomLmRURURUP22281)2(2121 fL为放大器下限频率为放大器下限频率LLRfC21第九章第九章 功率放大器功率放大器 三、复合管及准互补乙类功率放大器三、复合管及准互补乙类功率放大器(OCL电路电路) 21总 在功率放大器中，输出功率大，输出电流也大。如要求输功率放大器中，输出功率大，输出电流也大。如要求输出功率出功率PLm=10W，负载电阻为负载电阻为10，那么，功率管的电流峰值那么，功率管的电流峰值ICm=1.414A。若功率管的若功率管的=30，则要求基极驱动电流则要求基极驱动电流IBm=41.1m

11、A。 前级晶体管放大器或运算放大器，若输不出这样大的电流前级晶体管放大器或运算放大器，若输不出这样大的电流来驱动后级功率管，则需要引入复合管。复合管又称达林顿电来驱动后级功率管，则需要引入复合管。复合管又称达林顿电路。复合管的总路。复合管的总值为值为 第九章第九章 功率放大器功率放大器 等效等效值的增大，意味着前级供给的电流可值的增大，意味着前级供给的电流可以减少。组成复合管的原则有以下几点：以减少。组成复合管的原则有以下几点： (1)电流流向要一致。电流流向要一致。 (2)各极电压必须保证所有管子工作在放大区，即保证各极电压必须保证所有管子工作在放大区，即保证e结结正偏，正偏，c结反偏。结反

12、偏。 (3)因为复合管的基极电流因为复合管的基极电流iB等于第一个管子的等于第一个管子的iB1，所以复所以复合管的性质取决于第一个晶体管的性质。若第一个管子为合管的性质取决于第一个晶体管的性质。若第一个管子为PNP，则复合管也为则复合管也为PNP,反之为反之为NPN。正确的复合管连接方正确的复合管连接方式有四种，如图式有四种，如图96所示。所示。 第九章第九章 功率放大器功率放大器复合管的构成复合管的构成第九章第九章 功率放大器功率放大器复合管功率放大器复合管功率放大器:NPN与与NPN构成构成NPN,PNP与与NPN构成构成PNP第九章第九章 功率放大器功率放大器9.3 D类功率放大器类功率

13、放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器单片集成功率放大器一一单片集成功率放大器一一LM386第九章第九章 功率放大器功率放大器散热器及热阻模型散热器及热阻模型第九章第九章 功率放大器功率放大器二次击穿现象一一不可逆的损坏二次击穿现象一一不可逆的损坏第九章第九章 功率放大器功率放大器晶体管安全工作区晶体管安全工作区第九章第九章 功率放大器功率放大器大功率大功率VMOS管管第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器RCRCiC1uidV1V2uo UEEIiC2UCC 简化的差动放大器12idBEBEuuu12CCiiI11BETuUC

14、siI e22BETuUCsiI e第九章第九章 功率放大器功率放大器公式推导：公式推导：Iiicc 21Iiiiccc)1 (121RCRCiC1uidV1V2uo UEEIiC2UCCTidTBEBEUuUuuccceIeIiiIi 11112121TidTBEBEUuUuuccceIeIiiIi 11121212第九章第九章 功率放大器功率放大器11idTCuUIie21idTCuUIie可见，差动放大器线性动态范围很小可见，差动放大器线性动态范围很小 超过超过 ,电路进入限幅状态，产生严重电路进入限幅状态，产生严重的非线性失真。的非线性失真。 2,50mvTU即左右idu4,100TU

15、mv即左右iC1,iC2IiC2iC1iC1iC26UT4UT2UT0 2UT4UT6UTuidQI2传输特性传输特性第九章第九章 功率放大器功率放大器CCCoRiiu)(21第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器关于放大倍数的讨论关于放大倍数的讨论11012121110020422idCCCCCCCCCCmidCmuidTCidTCUTui RiRiiRi Rig udiIgduUIRuuURAIU id表示传输特性在u这一点的斜率可见，增益可见，增益AU正比于恒流源电流正比于恒流源电流I。那。那么，改变么，改变I就可以控制增益

16、。就可以控制增益。如果使如果使I受到另外一个信号受到另外一个信号ub的控制，的控制，那么就可以实现信号的相乘。那么就可以实现信号的相乘。即，即，022CCidbidTTRRuIuKuuUU 第九章第九章 功率放大器功率放大器扩大线性动态范围的方法扩大线性动态范围的方法加射极负反馈电阻加射极负反馈电阻第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器第九章第九章 功率放大器功率放大器结论：结论： 利用差分放大器的传输特性可以实现利用差分放大器的传输特性可以实现增益的自动控制增益的自动控制uAIA检测EEU CCUCRCRiUI小小信号的线性放大信号的线性放大 CmTcuRgIURA 2第九章第九章 功率放大器功率放大器022CCidbidTTRRuIuKuuUU 信号的相乘运算信号的相乘运算第九章第九章 功率放大器功率放大器信号的变换信号的变换将三角波变成正弦波、方波将三角波变成正弦波、方波 信号的信号的整形整形将不规则的输入波形整形为矩形波将不规则的输入波形整形为矩形波高速电流开关一一高速电流开关一一ECL逻辑电路逻辑电路电压比较器电压比较器EEU CCUCRCRiUIoUrU