第八章功率放大电路.ppt
第8章 功率放大电路,8.1 功率放大电路的特点与分类8.3 互补推挽乙类功率放大电路,8.1 功率放大电路的特点与分类,以提供负载足够大的功率为主要目的的放大器，称为功率放大器。,从能量控制的观点来看，功率放大器和电压放大器没有本质的区别。但是，两者所要完成的任务不同。电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，讨论的主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等，输出功率并不一定大。而功率放大器则不同，它主要要求获得一定的不失真的输出功率，通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大器包含着一系列电压放大器中没有过的特殊问题。,1.功率放大电路的特点(1)输出功率尽可能大。晶体管常常在接近极限运用状态下工作。(2)能量转换效率要高。效率为负载所得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。一般输出电流都比较大。(3)非线性失真要小。放大器工作在大信号下，不可避免地会产生非线性失真，而且对同一功放管输出功率越大，则非线性失真越严重。所以输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。,(4)要考虑功放管的安全工作的问题。(5)以图解法为主要的分析方法。注意：因为在大信号下工作，所以小信号等效电路模型不再适用。,2.工作状态分类（根据直流工作点的位置不同）,甲类（A类）：工作点Q设在放大区，对于输入信号为正弦波的整个周期内ic0，即三极管在整个周期都导通。因此导通角=。,(a)甲类(导通角为180),乙类（B类）：工作点选在截止点，ICQ=0，因此只有在输入信号的半个周期内有ic，导通角=/2。,(b)乙类(导通角为90),(c)丙类(导通角90),丙类（C类）：Q点在选在截止区以内，晶体管只有不到半周导通（导通角小于90o）,导通角0/2。,甲乙类（AB类）：工作点选在放大区中靠近截止区的地方，导通角/2。,甲类：非线性失真小，但效率低。且ICQ0。乙类：非线性失真大，但效率高。丙类：主要用于高频功率放大器中。,8.2甲类功率放大电路 一、电路 如图8.2.1所示，采用变压器耦合电路，充分利用管子的输出功率能力，使电流、电压的摆幅都大。（RL小电流摆幅大，电压摆幅小；RL大，反之）,式中，n=N1/N2。若RL太小，则要求RLRL，n1，变压器为降压变压器；反之，若RL太大，而要求RLRL,n1,则采用升压变压器。已知RL和最佳RL，即可确定变压比n的值。,图8.2.1甲类功放电路及交、直流负载线(a)电路；(b)交、直流负载线,图8.2.1甲类功放电路及交、直流负载线(a)电路；(b)交、直流负载线,二、功率与效率的计算1.电源供出功率PE,可见，PE是一个固定不变的值，与信号的有无或大小均无关。,(93),式中UC和IC分别为集电极交流电压和电流的振幅，信号越大，UC、IC越大，输出功率也将增大。在最佳负载和工作点的情况下，最大交流振幅为,(94),2.负载得到的交流功率PL 设变压器效率T=1,则，即,此时，最大输出功率PLm为,(95),3.管子功耗PC 当信号为零时，PL=0，PCm=PE，电源功率全部变为管耗；而当信号增大时，部分电源直流功率转换为有用的交流功率，管耗反而下降。,4.转换能量的效率,(97),当信号最强，UCm=UCC,ICm=ICQ时，效率达到最高：,(98),可见，A类放大器无信号时，效率为零，而信号最强时最大效率也只有50%。这是A类放大器的致命弱点，也是晶体管功率放大器极少采用A类放大器的原因。,8.3 互补推挽乙类功率放大电路 8.3.1双电源互补推挽乙类功率放大电路(OCL电路)OCL（Output CapacitorLess）：无输出电容的功率放大器，也简称为互补对称功率放大器。1.电路结构及工作原理 如图8.3.1所示，其电路形式和集成运放的输出级是相同的。,V1、V2均工作在乙类：(静态时uo=0)ui为正半周时，V1导通；V2截止。iC1流入负载uo0。ui为负半周时，V1截止；V2导通。iC2流出负载uo0。,图8.3.1 互补推挽乙类功率放大电路的原理电路,该电路具有以下特点:（1）电源静态功耗为零；（V1、V2截止）（2）两只晶体管交替导通，合成一个不失真的输出信号;（3）带负载能力强。（CC组态）,2.功率与效率的计算 电路的负载线和工作点位置如图8.3.2所示。,图8.3.2 互补推挽乙类功放的输出特性(a)V1的输出特性；(b)V2的输出特性,图8.3.2 互补推挽乙类功放的输出特性(c)组合输出特性,(1)输出交流功率Po V1、V2为半周工作，但负载电流却是完整的正弦波。,令，称之为电压利用系数，那么式(8.3.3)可改写为,(8.3.3),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Pom为,(8.3.5),(8.3.4),(2)电源提供的功率PE有信号输入时，两个晶体管轮流工作半个周期，每个晶体管的集电极电流平均值为,当信号最大时，UomUCC，所以电源输出的最大功率为,(8.3.8),（8-3-6）,由于每个电源只提供半个周期的电流，所以两组电源供给的总功率为,（8-3-7）,(3)每管转换能量的效率,(8.3.9),当输出信号最大时，=1，效率达到最高：,可见，乙类工作的效率远比甲类的高。,(4)每个管子损耗PT,可见，每个管子的损耗PT是输出信号振幅的函数。将PT对Uom求导，可得出最大管耗PTm。令,得出，当 时，每管的损耗最大：,重要结论，即PTm与最大输出功率的关系为,(8.3.13),式(8.3.13)提供了选择功率管功耗的依据。例如，负载要求的最大功率Pom=10W，那么只要选一个功耗PTm大于0.2Pom=2W的功率管就行了。,3.选择功率管 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Pom及RL，选UCC，则,(819),(2)已知Pom，选择管子允许的最大功耗PCM。管子允许的最大功耗,(8.3.16),(3)管子的击穿电压U(BR)CEO。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,(4)管子允许的最大电流ICM。,(8.3.14),(8.3.15),4.乙类互补推挽功率放大电路的交越失真,图8.3.4 交越失真,图8.3.5 消除交越失真的互补推挽电路(a)利用二极管提供偏置(b)利用晶体管恒压源提供偏置,图8.3.6 引入偏置后的合成转移特性曲线及合成波形,图8.3.7 例8.3.1图,解（1）由式（8-3-3）知,由式（8-3-7）知,由式（8-3-10）知,（3）由式（8-3-12）得,8.3.2 单电源互补推挽乙类功率放大电路电路如图8.3.8所示。由图可见，静态时，电容C的直流电位为UCC/2，当V1导通、V2截止时，V1给负载RL提供电流；而当V1截止、V2导通时，电容C充当V2的电源，只要C足够大，在信号变化一周内，电容电压可以保持基本恒定UCC/2。负载得到的交流电压振幅的最大值为,负载得到的最大交流功率Pom为,(8.3.19),图8.3.8 单电源互补推挽乙类功率放大电路,电源提供的功率,(8.3.20),作 业,8.28.8,
