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1、第第7章章 功率放大电路功率放大电路7.2 7.2 甲类功率放大器甲类功率放大器7.3 7.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路7.4 7.4 丙类和丁类功率放大器丙类和丁类功率放大器7.1 7.1 功率放大电路的特点和分类功率放大电路的特点和分类7.5 7.5 集成功率放大器集成功率放大器7.1 功率放大电路的特点和分类功率放大电路的特点和分类v特点和要求：特点和要求：（1 1）要有尽可能大的输出功率。）要有尽可能大的输出功率。（2 2）效率要高。）效率要高。（3 3）非线性失真要小。）非线性失真要小。（4 4）由于功率管工作在接近于极限运用的状态，因此，在选择功）由于功率管工作在接
2、近于极限运用的状态，因此，在选择功率管时必须考虑使它的工作状态不超过其极限参数率管时必须考虑使它的工作状态不超过其极限参数 、 和和 。（5 5）由于功率管的管秏较大，因此，在设计功放电路时，散热问）由于功率管的管秏较大，因此，在设计功放电路时，散热问题及过载保护问题不能忽视。题及过载保护问题不能忽视。v常见的分类方式有以下几种。常见的分类方式有以下几种。（1 1）按处理信号的频率分类）按处理信号的频率分类低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。高频功放：射频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。（2 2）接功放电
3、路中晶体管的导通时间分类）接功放电路中晶体管的导通时间分类A类功率放大电路类功率放大电路(Class A Amplificating) B类功率放大电路类功率放大电路(Class B Amplificating)： AB类功率放大电路类功率放大电路(Class AB Amplificating) C类功率放大电路类功率放大电路(Class C Amplificating) D类功率放大电路类功率放大电路(Class D Amplificating) E类功率放大电路类功率放大电路 (Class E Amplificating) 7.2 甲类功率放大器甲类功率放大器（1 1）最大交流输出功率）最
4、大交流输出功率 集电极电压达到最大幅值集电极电压达到最大幅值 集电极电流的最大幅值为集电极电流的最大幅值为三极管的最大交流输出功率为三极管的最大交流输出功率为 （2 2）电源功率）电源功率 由图中的交流负载线可以知道，交流电流的最大幅值由图中的交流负载线可以知道，交流电流的最大幅值所以集电极瞬时电流为所以集电极瞬时电流为 直流电源的输出功率为直流电源的输出功率为在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为当输入信号为零时，输出功率当输入信号为零时，输出功率 ，此时二极管功耗，此时二极管功耗 ，即没有输人信号时，直流电源的所有功率都转换为晶体管，即没有输人
5、信号时，直流电源的所有功率都转换为晶体管的功耗晶体管的功耗达到最大；当输人信号增大时，的功耗晶体管的功耗达到最大；当输人信号增大时， 逐逐渐变大渐变大， 变小，晶体管的功耗反而变小。变小，晶体管的功耗反而变小。（3 3）集电极损耗功率）集电极损耗功率 三极管的损耗功率近似为三极管的损耗功率近似为7.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路静态时静态时静态时静态时V V1 1、V V2 2均截止，均截止，均截止，均截止，U UB B= = U UE E=0=0特征：特征：特征：特征：V V1 1、V V2 2特性理想对称。特性理想对称。特性理想对称。特性理想对称。静态分析静态分析静态分析静态
6、分析V V1 1的输入特性的输入特性的输入特性的输入特性理想化特性理想化特性7.3.1 OCL7.3.1 OCL功率放大电路功率放大电路1. B1. B类功率放大电路类功率放大电路动态分析动态分析动态分析动态分析u ui i正半周，电流通路为正半周，电流通路为正半周，电流通路为正半周，电流通路为 + +V VCCCCVV1 1R RL L地，地，地，地， u uo o = = u ui i 两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。u ui i负半周，电
7、流通路为负半周，电流通路为负半周，电流通路为负半周，电流通路为 地地地地 R RL L V V2 2 - -V VCCCC， u uo o = = u ui i4. 4. 交越失真交越失真交越失真交越失真消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点。设置合适的静态工作点。信号在零附近两信号在零附近两只管子均截止只管子均截止开启开启电压电压如果晶体管的饱和压降为如果晶体管的饱和压降为 ，则则如果忽略三极管的饱和压降和穿透电流，负载获得最大输出电压时，如果忽略三极管的饱和压降和穿透电流，负载获得最大输出电压时，其输出电压峰值近似等于电源电压其输出电压峰值近似等于电源电压V VCCCC，故负
8、载得到的最大输出功率，故负载得到的最大输出功率为为1 1）输出功率）输出功率 2 2）直流电源提供的功率）直流电源提供的功率 因此，两个电源提供的功率为因此，两个电源提供的功率为 如果如果 ，两个直流电源也提供最大功率，两个直流电源也提供最大功率3 3）效率）效率 如果如果 4 4）管耗）管耗 当当 时，时，单管的最大管耗为单管的最大管耗为5 5）功率管的选择）功率管的选择 功率管集电极的最大允许功耗功率管集电极的最大允许功耗 功率管的最大耐压功率管的最大耐压功率管的最大集电极电流功率管的最大集电极电流 2. AB2. AB类互补对称功率放大电路类互补对称功率放大电路 0V0V0.5V由于晶体
9、管有死区电压由于晶体管有死区电压 直流偏压直流偏压 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路a） 基本电路 b）工作波形例例7-1 7-1 电路如图电路如图7-57-5所示的所示的B B类类OCLOCL功率放大电路的功率放大电路的 , , , , , ,设输入信号为正弦波，求：设输入信号为正弦波，求：（）最大不失真功率（）最大不失真功率（）计算功率管的参数（）计算功率管的参数、效率、效率和管秏和管秏解：解： （）最大输出功率（）最大输出功率 （）（） 增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱
10、动能力。扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：复合管的构成方式：复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic3. 3. 用复合管组成的互补对称电路用复合管组成的互补对称电路 （1 1）复合管）复合管 方式二：方式二：方式二：方式二：becibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibic 复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：后晶体管的性能确定均如下
11、：等效三极管等效三极管等效三极管等效三极管的管型和的管型和的管型和的管型和1 1 1 1为同类管型为同类管型为同类管型为同类管型, , , ,其电流放大系数：其电流放大系数：其电流放大系数：其电流放大系数： 复合管的输入电阻为复合管的输入电阻为复合管的输入电阻为复合管的输入电阻为： （2 2）采用复合管的互补功率放大电路）采用复合管的互补功率放大电路 准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：输入电压的正半周：输入电压的正半周： V VCCCCVV1 1C CR RL L地地地地，C C 充电充电充电充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周：输入电压的负半
12、周：输入电压的负半周： C C 的的的的 “ “”V V2 2地地地地R RL L C C “ “ ” ” C C 放电。放电。放电。放电。C C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTLOTL电路低频特性差。电路低频特性差。电路低频特性差。电路低频特性差。7.3.2 OTL功率放大电路功率放大电路实用单电源互补对称电路 C C2 2、R R3 3组成组成“自举电路自举电路” 例例例例 电路如图所示，试说明电电路如图所示，试说明电电路如图所示，试说明电电路如图所示，试说
13、明电路分别产生如下故障时将产路分别产生如下故障时将产路分别产生如下故障时将产路分别产生如下故障时将产生什么现象。生什么现象。生什么现象。生什么现象。 V V2 2、V V4 4的极限参数：的极限参数：的极限参数：的极限参数：P PCMCM1.5W1.5W，I ICMCM600mA600mA，U UBRBR（CEOCEO）40V40V。1. 1. R R2 2断路；断路；断路；断路；2. 2. R R2 2短路；短路；短路；短路；3. VD3. VD1 1短路；短路；短路；短路；4. VD4. VD1 1断路；断路；断路；断路；5. V5. V1 1集电极开路。集电极开路。集电极开路。集电极开路
14、。解：解：解：解：vv（1 1 1 1）若）若）若）若R R R R2 2 2 2开路，则开路，则开路，则开路，则V V V V1 1 1 1和和和和V V V V2 2 2 2管均始终工作在截止状态，且管均始终工作在截止状态，且管均始终工作在截止状态，且管均始终工作在截止状态，且V V V V5 5 5 5、V V V V3 3 3 3和和和和V V V V4 4 4 4组成了复合管，组成了复合管，组成了复合管，组成了复合管，V V V V3 3 3 3管的基极电流等于管的基极电流等于管的基极电流等于管的基极电流等于V V V V5 5 5 5管的集电极电流，管的集电极电流，管的集电极电流，
15、管的集电极电流，V V V V4 4 4 4管管管管的基极电流等于的基极电流等于的基极电流等于的基极电流等于V V V V3 3 3 3管的集电极电流，整个复合管的电流放大系管的集电极电流，整个复合管的电流放大系管的集电极电流，整个复合管的电流放大系管的集电极电流，整个复合管的电流放大系数约为数约为数约为数约为 ，非常大，非常大，非常大，非常大，V V V V5 5 5 5管的基极电流因决定于前级电路而管的基极电流因决定于前级电路而管的基极电流因决定于前级电路而管的基极电流因决定于前级电路而基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路不能基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路
16、不能基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路不能基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路不能正常放大，输出电压等于正常放大，输出电压等于正常放大，输出电压等于正常放大，输出电压等于 (2)(2)(2)(2)若若若若R R R R2 2 2 2短路，则输出电压被箝位在短路，则输出电压被箝位在短路，则输出电压被箝位在短路，则输出电压被箝位在(3)(3)(3)(3)若若若若R R3 3开路，则静态时开路，则静态时开路，则静态时开路，则静态时V V1 1和和和和V V3 3管的管的管的管的基极电流等于基极电流等于基极电流等于基极电流等于V V5 5管的集电极电流，管的集电极电流，管
17、的集电极电流，管的集电极电流，V V2 2和和和和V V4 4管的集电极电流很大，且在管子管的集电极电流很大，且在管子管的集电极电流很大，且在管子管的集电极电流很大，且在管子特性对称情况下它们的管压降的数值特性对称情况下它们的管压降的数值特性对称情况下它们的管压降的数值特性对称情况下它们的管压降的数值均为均为均为均为V VCCCC，因而它们的直流功耗非常，因而它们的直流功耗非常，因而它们的直流功耗非常，因而它们的直流功耗非常大，以至于因结温升过高而烧坏。大，以至于因结温升过高而烧坏。大，以至于因结温升过高而烧坏。大，以至于因结温升过高而烧坏。(4)(4)(4)(4)若若若若R R R R3 3
18、 3 3断路，则断路，则断路，则断路，则 使得使得使得使得V V V V1 1 1 1、V V V V2 2 2 2和和和和V V V V3 3 3 3管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成电路有较小的交越失真。电路有较小的交越失真。电路有较小的交越失真。电路有较小的交越失真。 深度实验（功率放大失真或效率等电路研究）深度实验（功率放大失真或效率等电路研究）学期内完成实验十一实验十一 功率放大失真或效率等电路研究功率放大失真或效率等电路研究（深度实验）（深度实验）总谐波失真
19、(Total Harmonic Distortion)THD 标称额定功率时的失真度 10% 1% 0.1%晶体管图示仪晶体管图示仪失真度仪失真度仪 v 只提供实验目的、实验要求等，学生要自选实验室的仪器仪表，自己独立选择实验电路、测试电路、改进电路，完成实验数据的记录和实验总结。v深度实验选题：v提高电压放大倍数的稳定性v增大共模抑制比v提高功率放大器效率v提高稳流系数v提高稳压系数v运算放大器的自动增益控制v等小课题7.3.3 BTL功率放大电路功率放大电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：输入电压的正半周：输入电压的正半周：V VCCCC V V1 1 R RL L V V4 4地地地
20、地输入电压的负半周：输入电压的负半周：输入电压的负半周：输入电压的负半周：V VCCCC V V2 2 R RL LVV3 3地地地地是双端输入、双端输出是双端输入、双端输出是双端输入、双端输出是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电形式，输入信号、负载电形式，输入信号、负载电形式，输入信号、负载电阻均无接地点。阻均无接地点。阻均无接地点。阻均无接地点。管子多，损耗大，使效管子多，损耗大，使效管子多，损耗大，使效管子多，损耗大，使效率低。率低。率低。率低。几种几种几种几种电路的比较电路的比较电路的比较电路的比较 OTLOTL电路：电路：电路：电路：单电源供电，单电源供电，单电源供电，单电源供
21、电，低频特性差。低频特性差。低频特性差。低频特性差。OCLOCL电路：电路：电路：电路：双电源供电，双电源供电，双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。BTLBTL电路：电路：电路：电路：单电源供电，单电源供电，单电源供电，单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。低频特性好；双端输入双端输出。低频特性好；双端输入双端输出。低频特性好；双端输入双端输出。7.4 丙类和丁类功率放大器丙类和丁类功率放大器 7.4.1 C7.4.1 C类功率放大电路类功率放大电路设输入一余弦信号设输入一余弦信号则三极管的发射结电压则三极管的发射结电压
22、因为管子只在小半周期内导通，因而因为管子只在小半周期内导通，因而为脉冲电流。放大后的为脉冲电流。放大后的也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得也为脉冲电流。根据傅氏级数展开得 7.4.2 D类功率放大电路类功率放大电路 7.5 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器具有集成功率放大器具有 输出功率大、外围连接元件少、使用方便输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。等优点，目前使用越来越广泛。 LM386内部电路原理图 LM386组成的OTL电路 LM386组成的组成的BTL电路电路 7.5 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用
23、方便等优点，目前使用越来越广泛。 TDA2030A集成功放的内部电路 TDA2030A主要性能参数如下：v电源电压VCC 3V18Vv输出峰值电流 3.5Av频响BW 0140kHzv静态电流 60mA （测试条件：VCC=18V）v谐波失真THD 0.5Mv在电源为15V、RL=4时输出功率为14W。TDA2030A构成OCL电路 构成的OTL电路 功率管的散热问题功率管的散热问题功率管的散热问题功率管的散热问题 在功率放大电路中，在功率放大电路中，在功率放大电路中，在功率放大电路中，功率管中流过的信号电功率管中流过的信号电功率管中流过的信号电功率管中流过的信号电流较大，管子又存在一流较大，
24、管子又存在一流较大，管子又存在一流较大，管子又存在一定的压降，因此功率管定的压降，因此功率管定的压降，因此功率管定的压降，因此功率管的管耗较大。的管耗较大。的管耗较大。的管耗较大。 对于对于对于对于硅硅硅硅材料器件，一材料器件，一材料器件，一材料器件，一般规定最大结温般规定最大结温般规定最大结温般规定最大结温T TjMjM约约约约120120左右，左右，左右，左右，锗锗锗锗材料的材料的材料的材料的T TjMjM约为约为约为约为9090左右。左右。左右。左右。 几种常用的散热器形状几种常用的散热器形状几种常用的散热器形状几种常用的散热器形状 模拟模拟模拟模拟电子技术基础习题电子技术基础习题电子技术基础习题电子技术基础习题
