第1章-功率电子线路.培训讲学

提高效率是功率放大器的研究方向。另一种提高效率的 途径：管子开关工作。
丁类(D) 戊类(E)
半个周期饱和导通： vCEVCE (sa)t0 另半个周期截止： iC 0
PC iCvCE管耗始终很小，效率很高。
1.2 功率放大器的电路组成和工作特性
1.2.1 甲类(A类)功率放大器
1. 电路
图中RB为偏置电阻， 其值决定了Q点的ICQ及 IBQ。如果变压器是理想 的，则直流工作点电压
vBE
周内随信号变化，而在另外半个
周期截止, 即导通角θ等于90°。
(b)
特点： 非线性失真虽大(波形只有半周)，但工作点Q选在截止
点，直流电流为零，效率很高，只要在电路结构上加以弥 补，非线性失真是可以减小的。
(3) 甲乙类工作状态
iC
iC
它是介于甲类和乙类
之间的工作状态，静态工
作点Q较低，靠近截止区，
VCEQ=VCC，直流负载线
为一垂直线，而交流负
载线通过Q点，其斜率
vi
为(-1/R'L) 。
N1:N2 VCC
RB
R′L
RL
T
CB
(a)
甲类变压器耦合功放
1.2.2 乙类推挽功率放大器的工作原理
0
1.电路结构
iC1 ic2
VCC
+
vVi i
-
T1 iiCc11 iiCc22
T2
iL +
RL Vo
0
t
VCC 2VCC Q D vCE1
t
t
求性能指标： Po,PD,C,PC
(1)
PL Po
I cm 2
V cm 2
1 2
V
cm
I
cm
1 V cm 2 2 RL
1 2
Icm 2 RL
尽限运用时：
Pomax
1 VCC2 2 RL
(VCE(sat) 0)
(2)
P D P D 1 P D 2 2 V C C IC 0
IC021 0 Icm si ntd tIcm
PD
2
VCC
Icm
尽限运用时： PDmax2VCCVRCL C4Pomax
(3)
C
Po PD
12VcmIcm
2
VCCIcm
Vcm
4 VCC
尽限运用时：VcmVC C, Cm ax478.5%
Q
即发射结处于正向运用的 0 π 2π ωt 0
vBE
时间略超过半个周期，小
于一个周期，即导通角θ大
于90°小于180°。
(c)
(4) 丙类工作状态
工作点Q选在截止区 内，晶体管发射结处于正 向运用的时间小于半个周 期，集电极电流流通的时 间还不到半个周期，即导 通角θ小于90°。
主要用于高频功率放 大器中。
iC
iC
0
Q0
2π ωt
vBE
(d)
转移特性曲线
输出特性曲线
ic f vBE vCE常 量
ic
饱和区
i f v c iC
CE vBE常 量
饱和区
放大区
•Q
截止区
• • V B B VBE(on)
v BE
甲(A)类：θc 1800
•Q • ICEO
截止区
• vCE
乙(B)类：θc 900
丙(C)类: θc 900
PC PDPo
C
Po PD
Po Po PC
结论：对于功率放大器，提高效率是一个重要问题。
(3) 非线性失真
功率放大器为了获得足够大的输出功率，需要大信号 激励， 从而使信号动态范围往往超出晶体管的线性区域， 导致输出信号失真。因此减小非线性失真，成为功率放大 器的又一个重要问题。
概括起来说，要求功率放大器在保证晶体管安全运用 的情况下，获得尽可能大的输出功率、尽可能高的效率和 尽可能小的非线性失真。
第1章-功率电子线路.
音频或 视频信号
音频或 视频放
大
调制
高频 功放
高频 放大
混频
中频 放大
解调
音频或 视频功
放
高频 高频放大
振荡
倍频
本地 振荡
1.1.1 功率放大器
功率放大器的特点： (1) 给负载提供足够大的功率 (2) 大信号工作 (3) 分析方法以图解法为主 (4) 非线性失真矛盾突出 (5) 提高效率成为重要的关注点 (6) 功率器件的安全问题必须考虑
2. 功率放大器的分类
功率放大器根据功放管导通时间的长短（或集电极电 流流通时间的长短或导通角的大小）。分为4种工作状态：
甲类(A)、乙类(B)、甲乙类(AB)、丙类(C)
(1) 甲类工作状态
在整个周期内晶体管集电 iC
极电流始终是流通的, 即导通 角θ等于180°。
特点：
A类工作时非线性失真小，0
但注意：直流工作点Q的位置 较高(ICQ大)，效率太低，且没 有收到信号时，电源仍供给功 率(ICQ≠0)，这些功率将转化为 无用的管耗。
iC Q
0
ωt
vBE
(a)
(2) 乙类工作状态
iC
iC
晶体管的发射结在输入信号
的半个周期正向运用，在另外半
个周期反向运用，晶体管半周导
Q
电半周截止。集电极电流只在半 0 π 2π ωt 0
1. 功率放大器的主要指标 (1) 输出功率 P o
功率放大器应输出足够大的输出功率 P o 以推动负载工作。
(2) 效率ηC 功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号功率 P o
与直流电源供给功率放大器功率 P D 之比, 用 C 表示，即
C
Po PD
直流电源供给的功率 P D
晶体管的管耗 P C
在相同激励信号作用下，丙类功放集电极电流的 流通时间最短，一个周期平均功耗最低，而甲类功放 的功耗最高。
η甲<η甲乙<η乙<η丙
理想情况下，甲类功放的最高效率为50%，乙类 功放的最高效率为78.5%，丙类功放的最高效率可达 85%～90%。但丙类功放要求特殊形式的负载，不适 用于低频。低频功率放大器只使用前三种工作状态。
-
-VCC
00 iC2 iL
0
0
iL
iL iC1 iC2(a) Icm sin t 0
(b)
vL iLRL IcmRL sin t
Vcm sin t
ωt
t
ωt
t
ωt
t
2. 工作原理
静态时，T1、T2都不可能导通，处于截止状态，静态 工作电流ICQ=0。
动态时，当输入信号正半周，T1导通，T2截止，在 RL上给出上半周信号；当输入信号负半周，T1截止，T2 导通，在RL上给出下半周信号。在输入信号一个周期里， T1、T2交替工作，在负载RL上合成一个完整的输出波形。
3.性能分析（图解法）
画负载线：
iC1 V CC
RL A
iB
Icm
0T
2
0 Vwenku.baidu.comE(sat)
充分激励，尽限运用时：
V cmV C CV C E (sat)V C C
Vcm
(0, VCC)
Q
2VCC D vCE1
t
iL
0
vCE2 D ' Q ' -2VCC -VCC
Icm
A'
iC2
iC1
A
iB
Icm