模拟电子技术 第5章 功率放大器

模拟

电子技术基础 模拟电路部分

第五章

功率放大器

模拟

第五章 功率放大器 (power amplifier )§5.1 §5.2 §5.3 功率放大电路的一般问题 乙类互补对称功率放大电路 甲乙类互补对称功放电路

模拟

§5.1功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题功率放大器的作用: 用作放大电路的输出级,以驱 功率放大器的作用: 用作放大电路的输出级, 输出级 执行机构.如使扬声器发声,继电器动作, 动执行机构.如使扬声器发声,继电器动作, 仪表 指针偏转等. 指针偏转等. 例1: 扩音系统 : 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大

模拟

1. 功率放大电路的主要特点功率放大电路是一种以输出较大功率为目的 的放大电路.因此, 的放大电路 . 因此 , 要求同时输出较大的电压 和电流. 管子工作在接近极限状态. 和电流. 管子工作在接近极限状态. 一般直接驱动负载,带载能力要强. 一般直接驱动负载,带载能力要强.

2. 要解决的问题提高效率 减小失真 管子的保护

3. 提高效率 efficiency )的途径 提高效率( 的途径降低静态功耗,即减小静态电流. 降低静态功耗,即减小静态电流.# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路 有本质上的区别吗? 有本质上的区别吗?

模拟

4. 三极管的三种工作类型由于静态工作点位置的不同, 由于静态工作点位置的不同 , 三极管根据正弦信 号整个周期内的导通情况,可分为几个工作类型: 号整个周期内的导通情况,可分为几个工作类型: 甲类(class A amplification ):一个周期内均导通 甲类 :iC2π

iCπ3π

IC

Q

ωt

vCE

模拟

乙类(class B ):导通角等于 乙类 :导通角等于180° ° iC iC

πiC

2π

3π

ωtiC

vCE

甲乙类(class ):导通角大于180° 甲乙类(class AB ):导通角大于180°

IC

Q

π

2π

ωt

vCE

模拟

思考

用哪种组态的电路作功率放大 电路最合适? 电路最合适?

甲类放大电路,电源始终不断地输送功率, 甲类放大电路,电源始终不断地输送功率,静态时这 些功率全部消耗在管子和电阻上, 些功率全部消耗在管子和电阻上,并以热量的形式耗 散出去;有信号时,效率最高只有50% 散出去;有信号时,效率最高只有设"Q"设置在 " 交流负载线中点 iC IcmO

Pomax : 负载上得到的交流信号功率. 负载上得到的交流信号功率. PE : 电源提供的直流功率. 电源提供的直流功率.

iC IC t O Vcem

= SQ

= 4S vCE

Po max = I c Vce = I cmV cem1 2

VCC

PE = I CQ VCC ∴ηmax = P max / P = 25% o E

模拟

思考

用哪种组态的电路作功率放大 电路最合适? 电路最合适?

甲乙类和乙类放大电路,静态时, 甲乙类和乙类放大电路,静态时,电源输出功率很小 或为零;有信号时,电源提供的功率随之增大, 或为零;有信号时,电源提供的功率随之增大,提高 了电路效率. 了电路效率. 虽然甲

类和乙类放大电路减小了静态功耗, 虽然甲类和乙类放大电路减小了静态功耗,提高了效 但输出波形严重失真. 率,但输出波形严重失真.为此为了满足功率放大的 要求,需在电路结构上采取措施. 要求,需在电路结构上采取措施.

模拟

分析功放电路应注意的问题(1) 功放电路中电流,电压要求都比较大, 功放电路中电流,电压要求都比较大, 必须注意电路参数不能超过晶体管的极 限值: 限值 ICM ,VCEM , PCM . iC ICM PCM

vCEM

vCE

模拟

(2) 电流,电压信号比较大,必须注意防止 电流,电压信号比较大, 波形失真. 波形失真. (3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载,以 电源提供的能量尽可能地转换给负载, 减少晶体管及线路上的损失.即注意提高 减少晶体管及线路上的损失. 电路的效率( 电路的效率(η).

Po max η= × 100% PE

模拟

§5.2 乙类互补对称功率放大电路如何解决效率低的问题? 如何解决效率低的问题?办法:降低 点 办法:降低Q点. 缺点:但又会引起截止失真. 缺点:但又会引起截止失真. 既降低Q点又不会引起截止失真的办法: 既降低 点又不会引起截止失真的办法:互补 点又不会引起截止失真的办法 对称射极输出器. 对称射极输出器.

模拟

互补对称(complementary symmetry ):电路中采用 互补对称 : 两支晶体管, 各一支; 两支晶体管,NPN,PNP各一支;两管特性一致. , 各一支 两管特性一致.

类型: 类型:

互补对称功放的类型

无输出变压器形式 电路) ( OTL电路) 电路

无输出电容形式 电路) ( OCL电路) 电路

OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess

模拟

5.2.1 无输出电容的互补对称功放电路电路) ( OCL电路) 电路 为正弦波) 一,工作原理(设vi为正弦波) 工作原理(电路的结构特点: 电路的结构特点: 1. 由NPN型,PNP型三极 型 型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成. 输出器对接而成. 2. 双电源供电. 双电源供电. 3. 输入输出端不加隔直电 容.+VCC T1

vi

iL RL T2 -VCC

vo

模拟

静态分析: 静态分析: vi = 0V → T1,T2均不工作 → vo = 0V 因此,不需要隔直电容. 因此,不需要隔直电容. 动态分析: 动态分析: vi > 0V vi < 0V T1导通,T2截止 vi 导通, iL= ic1 ; T1截止,T2导通 截止, iL=ic2T2 iL RL vo +VCC T1

ic1