模电第九章9PPT课件
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模拟电子技术ppt课件
9.1.1 功率放大电路的特点
一、主要技术指标 1. 最大输出功率Pom 输出功率 PO ：输入为正弦波且不失真 。
注：交流功率，PO=UOIO POm=UOmIOm
第九章 功率放大电路
2. 转换效率η
直流功率：直流电源 电压和其输出电流平 均值的乘积
二、功率放大电路中的晶体管
晶体管工作在极限应用状态（ICM ; U(BR)CEO ; PCM）。 大功率管，散热，保护
静态：
动态：
电容电压 ：
T1导通，T2截止 T2导通，T1截止
甲乙类工作状态
第九章 功率放动态电阻很小，R2 的阻值也较小。
第九章 功率放大电路
若静态 工作点 失调， 如虚焊
第九章 功率放大电路
三、OCL电路的输出功率和效率
-Vcc
第九章 功率放大电路
二、集电极最大电流
第九章 功率放大电路
三、集电极最大功耗
四、参数选择：
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行
9.4.1 功放管的二次击穿 9.4.2 功放管的散热问题
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行 9.4.1 功放管的二次击穿
第九章 功率放大电路
9.4.2 功放管的散热问题
有效值： 最大输出功率：
第九章 功率放大电路
若忽略UCES： 在忽略基极回路电流的情况下,电源提供的电流
第九章 功率放大电路
电源在负载获得最大交流信号时所消耗的平均功率：
若忽略UCES：
第九章 功率放大电路
两种互补功率放大电路性能指标的比较：
OCL电路
OTL电路
第九章 功率放大电路
四、 OTL电路中晶体管的选择 一、最大管压降
一、主要技术指标 1. 最大输出功率Pom 输出功率 PO ：输入为正弦波且不失真 。
注：交流功率，PO=UOIO POm=UOmIOm
第九章 功率放大电路
2. 转换效率η
直流功率：直流电源 电压和其输出电流平 均值的乘积
二、功率放大电路中的晶体管
晶体管工作在极限应用状态（ICM ; U(BR)CEO ; PCM）。 大功率管，散热，保护
静态：
动态：
电容电压 ：
T1导通，T2截止 T2导通，T1截止
甲乙类工作状态
第九章 功率放动态电阻很小，R2 的阻值也较小。
第九章 功率放大电路
若静态 工作点 失调， 如虚焊
第九章 功率放大电路
三、OCL电路的输出功率和效率
-Vcc
第九章 功率放大电路
二、集电极最大电流
第九章 功率放大电路
三、集电极最大功耗
四、参数选择：
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行
9.4.1 功放管的二次击穿 9.4.2 功放管的散热问题
第九章 功率放大电路
9.4 功率放大电路的安全运行 9.4.1 功放管的二次击穿
第九章 功率放大电路
9.4.2 功放管的散热问题
有效值： 最大输出功率：
第九章 功率放大电路
若忽略UCES： 在忽略基极回路电流的情况下,电源提供的电流
第九章 功率放大电路
电源在负载获得最大交流信号时所消耗的平均功率：
若忽略UCES：
第九章 功率放大电路
两种互补功率放大电路性能指标的比较：
OCL电路
OTL电路
第九章 功率放大电路
四、 OTL电路中晶体管的选择 一、最大管压降
模电教材第9章
3. 晶体管的工作方式：根据Q点的不同进行分类 晶体管的工作方式：根据Q
（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 ）甲类方式： （2）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 ）乙类方式： （3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态 ）甲乙类方式：
晶体管的工作方式
iC 甲类： 甲类 ： 静态工作点适中
效率
η=
Pom π VCC − U CES = ⋅ PV 4 VCC
忽略U CES 时 η = 忽略
π
4
≈ 78.5%
消除交越失真-----甲乙类状态 四. 消除交越失真---甲乙类状态
若I 2＞＞I B，则 U B1B2 R3＋R4 ≈ ⋅ U BE R4
例： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
9.1.1 功率放大器的特点及工作方式
1. 功率放大电路研究的问题
om om
2 U om （1） 性能指标：最大输出功率和转换效率。 ） 性能指标：最大输出功率和转换效率。 Pom = RL 若已知U ，则可得 则可得P 。 若已知
最大输出功率与电源所提供的功率之比为效率。 最大输出功率与电源所提供的功率之比为效率。 （2） 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。 ） 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。 （3） 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。 ） 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。 在功放中， 在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近 最大集电极电流，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电 最大集电极电流，承受的最大管压降接近 反向击穿电 压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工 消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。 作在尽限状态。 作在尽限状态。
模电课件91正弦波振荡电路的组成及振荡条件(精)
（1）是否满足相位条件，即电路是否为正反馈，只有满足相位条件才 有可能振荡。 （2）放大电路的结构是否合理，有无放大能力，静态工作点是否合适。
F ，若 （3）分析是否满足幅度条件，检验 A
① ②
F ＜1，则不可能振荡。 A
F 》1，能振荡，但输出波形明显失真。 A
F ＞1，产生振荡。振荡稳定后，有稳幅措施，振荡稳定，而且 ③ A 输出波形失真小。
பைடு நூலகம்图9.1 振荡器的方框图
比较图9.1(a) 和 (b)可以看出负反馈放大电路和正 i 0 反馈振荡电路的区别。由于振荡电路的输入信号X X 。由于正、负号的改变，有下式： 所以 X d f
振荡条件： A F 1 A A f F 1 F 幅度平衡条件： A 1 A
动画9-1
相位平衡条件：AF = A+ F= 2n
9.1.3 起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中 的损耗，需要正反馈强一些，即要求：
F |1 |A
这称为起振条件。 . . 既然 | A F | 1 ，起振后就要产生增幅 振荡，电路必然产生失真。要靠稳幅环节作 用，获得正弦波输出。
如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来 越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产 生非线性失真。 反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能 停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出，应该有 选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大 电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电 抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选 频网络来命名。 正弦波发生电路的组成: 放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路
9.1.2 产生正弦波的条件
产生正弦波的条件与负反馈放大电路
F ，若 （3）分析是否满足幅度条件，检验 A
① ②
F ＜1，则不可能振荡。 A
F 》1，能振荡，但输出波形明显失真。 A
F ＞1，产生振荡。振荡稳定后，有稳幅措施，振荡稳定，而且 ③ A 输出波形失真小。
பைடு நூலகம்图9.1 振荡器的方框图
比较图9.1(a) 和 (b)可以看出负反馈放大电路和正 i 0 反馈振荡电路的区别。由于振荡电路的输入信号X X 。由于正、负号的改变，有下式： 所以 X d f
振荡条件： A F 1 A A f F 1 F 幅度平衡条件： A 1 A
动画9-1
相位平衡条件：AF = A+ F= 2n
9.1.3 起振条件和稳幅原理
振荡器在刚刚起振时，为了克服电路中 的损耗，需要正反馈强一些，即要求：
F |1 |A
这称为起振条件。 . . 既然 | A F | 1 ，起振后就要产生增幅 振荡，电路必然产生失真。要靠稳幅环节作 用，获得正弦波输出。
如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来 越大，最后由三极管的非线性限幅，这必然产 生非线性失真。 反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能 停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出，应该有 选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大 电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电 抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选 频网络来命名。 正弦波发生电路的组成: 放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路
9.1.2 产生正弦波的条件
产生正弦波的条件与负反馈放大电路
精品课件-模拟电子技术-第9章
Po
1 2
ICQUCC
即为△M′MQ的面积。
第九章 低频功率放大电路
图9-2 功放的图解法(甲类放大状态)
第九章 低频功率放大电路
电源提供的直流功率为
PE UCC ICQ
即为
OMBA的面积值, 故效率
Po M 'MQ
PE OMBA面积
其最大效率η≤50%。如图9-2所示状态,三极管在信号的整个 周期内(导通角θ=360°)都处于导通状态,工作在甲类放大状 态。为了提高效率，应提高输出功率Po,降低电源供给功率PE, 通常采用如下方法。
, 代入公式(9 - 1), 则
Po
1 2
IomUom
Uo Uom / 2
(9-2)
式中,Iom、Uom分别为负载RL上的正弦信号的电流、电压的幅 值。
第九章 低频功率放大电路
2. 效率要高
放大器实质上是一个能量转换器, 它是将电源供给的
直流能量转换成交流信号的能量输送给负载, 因此, 要求转
换效率高。为定量反映放大电路效率的高低, 引入参数η,
第九章 低频功率放大电路
图 9 – 3 乙类放大状态
第九章 低频功率放大电路
2. 选择最佳负载 功放三极管若工作在乙类放大状态下(电路如图9-4所示), 当负载改变时,交流负载线的斜率也改变,输出的电流Icm将随 之变化,故输出功率也改变。从图9－4中可以看出,负载线为 MA时的输出功率比MB时的大。但负载线为MC时,已超过最大功 率损耗线,管耗将大于Pcm,管子将被烧坏,故存在一个最佳负 载RL。该图显然表明,当交流负载线为MA时,负载为最佳负载。 一般情况下,当电源UCC确定后,过UCC点做Pcm线的切线,该切线 对应的负载即为最佳负载。
模拟电子技术基础第9章
输出较大的信号功率，管 子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也 就比较大，所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。
整理ppt
4
从前面的讨论中可知，在电压放大电路中，输入信号在整 个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式通常称为甲类 放大。甲类放大的典型工作状态如图（a）所示，此时iC≥0。在 甲类放大电路中，电源始终不断地输送功率，在没有信号输入 时，这些功率全部消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量的 形式耗散出去。当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输 出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。可以证明，即使 在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。
iL u-o
iC2
（a－）V CC
+
ui
RL
uo
-
-
（b）
+
ui
RL
uo
-
-
（c）
图 两射极输出器组成的基本互补对称电路
（a）基本互补对称电路 （b）由NPN管组成的射极输出器
（c）由PNP管组成的射极输出器
整理ppt
10
2.工作原理
图（a）所示的互补对称电路中，T1和T2分别为NPN型管和 PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极
第9章 功率放大电路
Chapter 9: Low Frequency Power Amplifier
本章以分析功率放大电路的输出功率、效率和非 线性失真之间的矛盾为主线，逐步提出解决矛盾的措 施。在电路方面，以互补对称功率放大电路为重点进 行较详细的分析与计算，并介绍了集成功率放大器实 例。
整理ppt
为 2 ( VCC－UCE(Sat))=2Ucem=2IcmRL。 如 果 忽 略 管 子 的 饱 和 压 降
整理ppt
4
从前面的讨论中可知，在电压放大电路中，输入信号在整 个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式通常称为甲类 放大。甲类放大的典型工作状态如图（a）所示，此时iC≥0。在 甲类放大电路中，电源始终不断地输送功率，在没有信号输入 时，这些功率全部消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量的 形式耗散出去。当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输 出功率，信号愈大，输送给负载的功率愈多。可以证明，即使 在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。
iL u-o
iC2
（a－）V CC
+
ui
RL
uo
-
-
（b）
+
ui
RL
uo
-
-
（c）
图 两射极输出器组成的基本互补对称电路
（a）基本互补对称电路 （b）由NPN管组成的射极输出器
（c）由PNP管组成的射极输出器
整理ppt
10
2.工作原理
图（a）所示的互补对称电路中，T1和T2分别为NPN型管和 PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极
第9章 功率放大电路
Chapter 9: Low Frequency Power Amplifier
本章以分析功率放大电路的输出功率、效率和非 线性失真之间的矛盾为主线，逐步提出解决矛盾的措 施。在电路方面，以互补对称功率放大电路为重点进 行较详细的分析与计算，并介绍了集成功率放大器实 例。
整理ppt
为 2 ( VCC－UCE(Sat))=2Ucem=2IcmRL。 如 果 忽 略 管 子 的 饱 和 压 降
《模拟电子技术基础》(第四版) 第9章
(3) 非线性失真要小 加入交流负反馈来减小非线性失真
二. 功放中晶体管工作在尽限运用状态：ICM、PCM、
U(BR)CEO
要晶体管安全工作，需满足
ICM
最大集电极电流
iC ICM
峰值处
U(BR)CEO c-e间能承受的最大管压降
PCM
集电极最大耗散功率
瞬时集电极耗散功率 PC iCuCE
uCE U (BR)CEO
D1 B
T1 T2
E
ui R2 +
D2 T3
RL uo
RB2
T4
-VCC
作业：
9.3(9.4), 9.6(9.8), 9.7(9.7), 9.8(9.9), 9.10(9.11), 9.12(9.13)
消交越失真
UBE倍增电路
图3.3.18 采用复合管的准互补级输出
T1,T3先饱和
当T2,T4饱和 时，产生Pom
(Uo )M
VCC
UCES 2 2
Vcc UCES 4 2
4.2.4 具有推动级的OCL功率放大电路
该电路的电压
放大倍数为：
Af
1 + RF R1
RF
R1
RB1
+VCC
R -A +
D2
u RL
B2 T2
o
R2
甲乙类OCL求Pom, PV,选 -Vcc
晶体管与乙类OCL一样
动态: ur、ud1、ud2很小，可忽略不计，所以ub1=ub2=ui。
图9.2.3 T1和T2管在ui作用下 输入特性中的图解分析
u EB 2
uBE2 两线间，T1， T2都导通
图3.3.17 消交越失真的互补输出级
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当 |+VCC | = |-VEE |运=V算M放= 1大5V器，工A作0=在10非5 时线，性状VAM 0态下110550.15mV0 可以认为 vI >0 时， vOmax = +VCC vI <0 时， vOmax = -VEE （过零比较器）
.
22
9.4.1 比较器
1. 单门限电压比较器 特点：开环，虚短和虚地不成立
又 s j
且令
0
1 RC
则
FV
1
3 j(
0 )
0
幅频响应
FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 ) 相频响应 f arctg0 3
.
9
2. RC串并联选频网络的选频特性
FV
1
32 ( 0 )2 0
( 0 ) f arctg0 3
当 0R 1C 或ff021 RC
幅频响应有最大值
稳幅环节
.
6
9.2 RC正弦波振荡电路
1. 电路组成 2. RC串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理 4. 稳幅措施
.
7
1. 电路组成
反馈网络兼做选频网络
.
8
2. RC串并联选频网络的选频特性
反馈系数
FV
(s)
Vf (s) Vo (s)
Z2 Z1 Z2
sCR
13sCR(sCR)2
1 (R jL)
Z
jC 1 R jL
jC
一般有 RL则
L
Z
C
R j(L 1 )
C
当 0
1 LC
时，电路谐振。 0
1 为谐振频率
LC
谐振时 阻抗最大，且为纯阻性 Z0 RLCQ0LQ 0C 其中 Q0L 1 1 L 为品质因数 R 0RC R C
同时有 Ic IL QI 即 IC IL I
重点难点
重点：信号电路的组成。 难点：理解正弦波发生器的工作原理
理解迟滞比较器的工作原理 理解方波和三角波发生器的工作原理
.
1
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件 9.2 RC正弦波振荡电路 9.3 LC正弦波振荡电路 *9.4 非正弦波振荡电路
.
2
9.1 正弦波振荡电路的振荡条件
1. 振荡条件 2. 起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分
当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增 加，否则波形将出现失真。
稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时， 使振幅平衡条件从 AF1回到 AF1。
.
5
3. 基本组成部分
放大电路（包括负反馈放大电路） 反馈网络（构成正反馈的） 选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈
网络合二为一。）
.
16
9.3.1 LC并联谐振回路选频特性
2. 频率响应
.
17
9.3.3 三点式LC振荡电路
1. 三点式LC并联电路 仍然由LC并联谐振电路构成选频网络 中间端的瞬时电位一定在首、尾端 电位之间。
三点的相位关系 A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。 B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。
vI
vO VOH
O
+VCC
vI
-
A +
vO
-VEE
T 2
3 4 t
O
vI
vO
VOH
VOL
O
t
VOL
.
24
9.4.1 比较器
1. 单门限电压比较器 （2）门限电压不为零的比较器
（门限电压为VREF） 电压传输特性
vO VOH
O
V R EF
.
21
9.4.1 比较器
1. 单门限电压比较器 特点：开环，虚短不成立
增益A0大于105
+VCC
vI
+
A -
vO
-VEE
VEEvOVCC
（1）过零比较器 假 V E 设 E V C C V M
vI
VM A0
时，
vO A0vI VM，由于|vO |不可能超过VM ，
所以 vOmaxVM （忽略了放大器输出级的饱和压降）
所以振荡条件为
A()F()1 振幅平衡条件
a()f()2n 相位平衡条件
.
4
2. 起振和稳幅
起振条件
A()F()1
a()f()2n
# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的 信号源来自何处？ 电路器件内部噪声
噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被
放大，成为振荡电路的输出信号。
相频响应
1 FVmax 3 f 0
.
10
3. 振荡电路工作原理 (+)
当
0
1 RC
时，
f
0
(+) (+) (+)
用瞬时极性法判断可知，电
路满足相位平衡条件
af 2n
此时若放大电路的电压增益为
AV
1
Rf R1
3
Av
则振荡电路满足振幅平衡条件
1
AVFV
3 3
1
电路可以输出频率为
f0
1
2RC
的正弦波
增益A0大于105 VEEvOVCC
vI
vI T
+VCC
+
A -
vO
-VEE
（1）过零比较器
O
2
3 4 t
输入为正负对称的正弦波
时，输出为方波。
vO
电压传输特性
vO
VOH
VOH
O
t
VOL
O
vI
VOL
.
23
思考
1. 若过零比较器如图所示，则它 的电压传输特性将是怎样的？
2. 输入为正负对称的正弦波时， 输出波形是怎样的？
.
13
解：④、⑤与⑨相连，③与⑧相连，①与⑥相 连，②与⑦相连。
.
14
9.3 特性 9.3.2 变压器反馈式LC振荡电路 9.3.3 三点式LC振荡电路 9.3.4 石英晶体振荡电路
.
15
9.3.1 LC并联谐振回路选频特等性效损耗电阻
1. 等效阻抗
RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波
.
11
4. 稳幅措施
采用非线性元件
热敏元件
起振时，AV
1
Rf R1
3
即 AVFV 1
热敏电阻的作用
Vo
Io
Rf 功 耗
Rf 温度
热敏电阻
Rf 阻值
AV
AV 3
AVFV 1 稳幅
.
12
练习、试将下图所示电路合理连线，组成RC桥 式正弦波振荡电路， 并求出振荡频率f0。
首端
中间端
L1 C
L2
尾端
电感三点式
首端 中间端
尾端
C1 L
C2
电容三点式
.
18
9.3.3 三点式LC振荡电路
2. 电感三点式振荡电路
.
19
9.3.3 三点式LC振荡电路
3. 电容三点式振荡电路
.
20
*9.4 非正弦波振荡电路
9.4.1 比较器
单门限电压比较器 迟滞比较器
9.4.2 方波产生电路 9.4.3 锯齿波产生电路
正弦波振荡器的定义： 它是不需外接输入信号就能将直流能源转化 成具有一定振幅和一定频率的正弦波电路。
.
3
1. 振荡条件
正反馈放大电 路如图示。（注意 与负反馈方框图的 差别）
Xa Xi Xf
若环路增益 AF 1 则 Xa Xf ，去掉 X i ， X o 仍有稳定的输出
又 A F A F afA F af