1、7.2单管功率放大器主讲：刘雨7.2单管功率放大器7.2.1电路组成及工作原理电路组成及工作原理7.2.2输出功率及效率输出功率及效率本节学习目标1、理解单管功率放大器的电路组成及工作、理解单管功率放大器的电路组成及工作 原理。原理。2、掌握输出功率和效率。、掌握输出功率和效率。上节复习1、对功放的要求：、对功放的要求：信号失真小；有足够的输出功率；效率高；散热性能好。信号失真小；有足够的输出功率；效率高；散热性能好。1、低频功率放大器的性能要求有哪些？、低频功率放大器的性能要求有哪些？2、低频功率放大器按静态工作点的位置可以分为那几类？、低频功率放大器按静态工作点的位置可以分为那几类？2.乙
2、类功放：乙类功放：Q 点在交流负载线和点在交流负载线和 IB=0 输出特性输出特性曲线交点。曲线交点。3.甲乙类功放：甲乙类功放：Q 点在交流负载线上略高于乙类工点在交流负载线上略高于乙类工作点处。作点处。1.甲类功放：甲类功放：Q 点在交流负载线的中点。点在交流负载线的中点。电路特点电路特点：输出波形无失真，但静态电流大，效输出波形无失真，但静态电流大，效率低。率低。2低频功率放大器按静态工作点的位置可以分：低频功率放大器按静态工作点的位置可以分：7.2.1电路组成及工作原理一、电路组成一、电路组成V 为功率放大管，为功率放大管，Rb1、Rb2 和和 Re 为分压式电流为分压式电流负反馈偏置
3、电路，负反馈偏置电路，Ce 为射极旁路电容，为射极旁路电容，RL 为负载电阻，为负载电阻，T1 和和 T2 为输入、输出变压器，为输入、输出变压器，统称为耦合变压器。统称为耦合变压器。7.2.1电路组成及工作原理 耦合变压器的作用，一是隔耦合变压器的作用，一是隔断直流耦合交流信号，二是阻抗断直流耦合交流信号，二是阻抗变换，使功率管获得最佳负载电变换，使功率管获得最佳负载电阻阻 RL，以便向负载，以便向负载 RL 提供最大提供最大功率。功率。L2LRnR 最佳负载电阻为最佳负载电阻为式中，式中，是变压器的匝数比，是变压器的匝数比，称为变比。称为变比。21NNn 合理选择合理选择 n，可得管子最佳
4、负载电阻，可得管子最佳负载电阻 RL。例例 7.2.1 图中，负载图中，负载 RL=8 ，晶体管集电极输出功率，晶体管集电极输出功率 Po=140 mW，集电，集电极电流极电流 Ic=31 mA。求：。求：(1)输出变压器输出变压器 T2 的初级等效电阻的初级等效电阻 RL=？(2)要使负载要使负载 RL 获得理想的最大功率，获得理想的最大功率，T2 的变比的变比 n=？L2ccRIP 解解(1)因为因为 146mA31/mW140/22coLIPR所以所以 L2LRnR (2)因为因为所以所以 348/146/LL RRn二、电路工作原理二、电路工作原理当当 vi =0，电路处于静态，电路处
5、于静态，iC=ICQ。因。因 T2 隔直作用，隔直作用，RL中无电流，放大器无信号输中无电流，放大器无信号输出。出。当当 vi 0，则，则 vi vbe ib ic。经。经 T2 耦合，耦合，RL 有电流有电流 iL，放大器有信号，放大器有信号功率输出。功率输出。7.2.2输出功率及效率一、输出功率一、输出功率图解分析：图解分析：1作直流负载线：作直流负载线：因为因为T2T2一次侧线圈直流电阻很小，一次侧线圈直流电阻很小，直流短路。直流短路。Re Re很小，直流压降可忽很小，直流压降可忽略不计。略不计。VCE=VG IC(Rc+Re)因为因为 Rc+Re 0 所以所以 VCE=VG IC=VG
6、/(Rc+Re)结论：通过结论：通过VG点而垂直于点而垂直于VCE轴轴的直线。的直线。过过 VG 点作直流负载线，与点作直流负载线，与 IBQ 之交点，之交点，得静态工作点得静态工作点 Q。7.2.2输出功率及效率 2作交流负载线：作交流负载线：RL=n2RL 结合以前学过的交流负载线的做结合以前学过的交流负载线的做法法，过，过 Q 点，作交流负载线点，作交流负载线 AB。理想：非常贴近于安全工作区边理想：非常贴近于安全工作区边界而又不超过安全工作区的一条直线，界而又不超过安全工作区的一条直线，使使PoPo最大。最大。3 画画 vCE、iC 波形：波形：加入信号后，输入信号电压足加入信号后，输
7、入信号电压足够大，动态够大，动态IBIB在在IB0IB0IB4IB4之间，即之间，即在在Q Q Q Q 两点之间移动。两点之间移动。得正弦得正弦信号的最大值分别为信号的最大值分别为 Icm和和 Vcem，则功放管集电极输出功率为则功放管集电极输出功率为cemcmcemcmceco2122VIVIVIP 可见，输出信号越强，输出功率可见，输出信号越强，输出功率 Po 越大。越大。为不产生饱和失真和截止失真，为不产生饱和失真和截止失真，忽略忽略 VCE S和和 ICEO 时，则功放时，则功放管不失真条件为管不失真条件为Icm ICQ Vcem VG，CQcmII GcemVV GCQom21VIP
8、 在输出信号最大且不失真时，有在输出信号最大且不失真时，有 于是功放管不失真最大输出功率为于是功放管不失真最大输出功率为 二、效率二、效率 1电源供给功率为电源供给功率为PG=ICQ VG可见，电源供给功率与信号无关。可见，电源供给功率与信号无关。%502121GCQGCQGomm VIVIPP 2功放管最大效率（功放管最大效率（：“伊塔”）为为即即 =90%可见，最大不失真输出功率仅为电源供给功率的一半，效率很低。可见，最大不失真输出功率仅为电源供给功率的一半，效率很低。若考虑若考虑 VCES 和和 ICEO，则功率管的效率，则功率管的效率 仅为仅为 40%45%，如果再考虑变压器的，如果再
9、考虑变压器的效率效率 T(0.75 0.85)，则甲类功放总效率为，则甲类功放总效率为 =T通常只有通常只有 30%35%。结论，甲类功放电路优点是输出波形失真小；缺点是无信号时，电源供给功率全结论，甲类功放电路优点是输出波形失真小；缺点是无信号时，电源供给功率全部转换成热能，因此效率低。部转换成热能，因此效率低。工程应用1.功率放大器有一部分电能消耗在功放管上，产生损耗使功放管发热，热的积功率放大器有一部分电能消耗在功放管上，产生损耗使功放管发热，热的积累将使晶体管性能恶化，甚至烧坏，为保证功放管安全可靠地工作，通常功累将使晶体管性能恶化，甚至烧坏，为保证功放管安全可靠地工作，通常功放管集电
10、极有金属散热外壳，另外通常需要给功放管安装散热片和采取过载放管集电极有金属散热外壳，另外通常需要给功放管安装散热片和采取过载保护措施。保护措施。2.功放管检测与普通三极管类似，但功放管工作电流比较大，因而其功放管检测与普通三极管类似，但功放管工作电流比较大，因而其 PN 结的结的面积也较大。面积也较大。PN 结较大，其反相饱和电流也必然增大。所以，若像测量中小结较大，其反相饱和电流也必然增大。所以，若像测量中小功率三极管极间电阻那样，使用万用表的功率三极管极间电阻那样，使用万用表的 R 1 k 挡测量，必然测得的电阻值挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短路一样，所以通常使用很小，好像极间短路一样，所以通常使用 R 10 k 或或 R 1 k 挡检测功放管挡检测功放管。练一练 结合本节课堂所学，完成书本117面习题7-2、7-5。
