模拟电子技术基础 第九章 功率放大电路
合集下载
模拟电子技术基础(第四版)童诗白、华成英 教材9
动画avi\17-2.avi 动画
当输入信号为正弦交流电时 微导通。 当 ui = 0 时，T1、T2 微导通。
第九章 功率放大器
当 ui ＞ 0 (↑ 至 ↓)， T1 微导通 → 充分导通 → 微导通； 充分导通 微导通； T2 微导通 → 截止 → 微导通。 微导通。 当 ui ＜ 0 (↓ 至 ↑)， T2 微导通 → 充分导通 → 微导通； 微导通； T1 微导通 → 截止 → 微导通。 微导通。 二管导通的时间都比输入信号的 半个周期更长， 半个周期更长，功放电路工作在 甲乙类状态。 甲乙类状态。
图9.1.5 OCL电路 电路
不同类型的二只晶体管交替工作， 不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的 电路称为“互补”电路； 电路称为“互补”电路；二只管子的这种交替工作方式称为 互补”工作方式。 “互补”工作方式。
五、桥式推挽功率放大电路 Balanced Transformerless（BTL电路） 电路） （ 电路
第九章 功率放大器
直流电源提供的直流功率不变 R/L(=RC//RL)上获得的最大 上获得的最大 交流功率P 交流功率 /Om为
1 ′ ′ P0′m = ( ) RL = I CQ ( I CQ RL ) 2 2
2
I CQ
即图中三角形QDE的面积 的面积 即图中三角形
图9.1.1输出功率和效率的图解分析 输出功率和效率的图解分析
希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号 希望输入信号为零时，电源不提供功率， 愈大，负载获得的功率也愈大， 愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也 随之增大，从而提高效率。 随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号， 无输入信号，三管截止 有输入信号， 有输入信号，三管交替 导通 同类型管子在电路中交 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“ 替导通的方式称为“推 工作方式。 挽”工作方式。 图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路 变压器耦合乙类推挽功率放大电路
当输入信号为正弦交流电时 微导通。 当 ui = 0 时，T1、T2 微导通。
第九章 功率放大器
当 ui ＞ 0 (↑ 至 ↓)， T1 微导通 → 充分导通 → 微导通； 充分导通 微导通； T2 微导通 → 截止 → 微导通。 微导通。 当 ui ＜ 0 (↓ 至 ↑)， T2 微导通 → 充分导通 → 微导通； 微导通； T1 微导通 → 截止 → 微导通。 微导通。 二管导通的时间都比输入信号的 半个周期更长， 半个周期更长，功放电路工作在 甲乙类状态。 甲乙类状态。
图9.1.5 OCL电路 电路
不同类型的二只晶体管交替工作， 不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的 电路称为“互补”电路； 电路称为“互补”电路；二只管子的这种交替工作方式称为 互补”工作方式。 “互补”工作方式。
五、桥式推挽功率放大电路 Balanced Transformerless（BTL电路） 电路） （ 电路
第九章 功率放大器
直流电源提供的直流功率不变 R/L(=RC//RL)上获得的最大 上获得的最大 交流功率P 交流功率 /Om为
1 ′ ′ P0′m = ( ) RL = I CQ ( I CQ RL ) 2 2
2
I CQ
即图中三角形QDE的面积 的面积 即图中三角形
图9.1.1输出功率和效率的图解分析 输出功率和效率的图解分析
希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号 希望输入信号为零时，电源不提供功率， 愈大，负载获得的功率也愈大， 愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也 随之增大，从而提高效率。 随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号， 无输入信号，三管截止 有输入信号， 有输入信号，三管交替 导通 同类型管子在电路中交 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“ 替导通的方式称为“推 工作方式。 挽”工作方式。 图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路 变压器耦合乙类推挽功率放大电路
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
第九章 功率放大电路
(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
第九章 功率放大电路
工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们都出现了严重的波形失 真。 因此， 既要保持静态时管耗小， 又要使失真不 太严重， 这就需要在电路结构上采取措施， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
第九章 功率放大电路
9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
第九章 功率放大电路
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
(9.2.13)
第九章 功率放大电路
得出， 当 U o = π U CC 时， 每管的损耗最大， 即
2 1 U CC 2 1 2 1 U CC ⋅ U CC − ( U CC ) 2 ] = 2 PCm = [ RL π π 4 π π RL
模拟电子技术功率放大电路要点
集成电路
对于大功率放大，通常使用集成电路（IC） 。选择合适的IC型号，需要考虑其内部电路
结构、增益、带宽、散热性能等因素。
设计偏置电路和保护电路
要点一
偏置电路
为了使放大器在静态工作点上运行，需要设计偏置电路 。这通常包括设置基极和发射极的电压偏置，以确保晶 体管工作在饱和区。
要点二
保护电路
为了防止过电压、过电流等异常情况对晶体管和电路造 成损坏，需要设计保护电路。这可以包括过电压保护、 过电流保护和过热保护等措施。
进行测试
根据测试方程，进行实际测试。
分析结果
根据测试结果，分析电路的性能指 标。
波形法
观察信号波形
通过示波器等仪器观察信号波形。
分析波形参数
根据观察到的波形，分析信号的幅度、频率 等参数。
判断电路性能
分析产生波形的原因
根据波形参数，判断电路的性能指标。
根据观察到的波形，分析产生波形的原因。
04
功率放大电路的设计方法
设计输入和输出匹配电路
输入匹配电路
为了使输入信号能够有效地被放大并传输到晶体管，需 要设计输入匹配电路。这通常包括阻抗匹配和信号缓冲 等措施。
输出匹配电路
为了使输出信号能够有效地被负载吸收并转换为所需功 率，需要设计输出匹配电路。这通常包括阻抗匹配和信 号缓冲等措施。
05
功率放大电路的调试与测试
应用
甲类功率放大电路通常用于音频功率放大和射频功率放大等领域。
乙类功率放大电路
特点
乙类功率放大电路的晶体管仅在输入信号的半个周期内导通，晶体管静态工作点设置在负载线的上端或下端， 具有较高的效率。
应用
乙类功率放大电路常用于音频功率放大和射频功率放大等领域。
《模拟电子电路及技术基础》课件功率放大电路(1)修改
为
0 π |θ| ωt
u BE
θ<90o
甲类功放电路及图解分析法
一. 电路
二. 甲类功放的图解分析
iC
UCC
iC
直直流直 直负直载直 线
iB
RB RL′
IC
RL ICQ
ICQ
Q
N1∶N2
ICQ
V
ui
＋
0
0
t
UCC
0
CB
UC
直交直 直流直负直 载线
k=
-
1
RL'
uCE
uCE
RL n2RL n N 1 : N 2
两路电源的平均电流
IE
2Icm
2U cm
RL
两路电源输出的平均功率
PE
I EU CC
2U cmU CC
RL
当信号最大时，Uom≈UCC，则电源输出的最大功率为
PEm
2(UCC UCES )UCC
RL
2U
2 CC
RL
V1
uo UCC
V2
RL UCC
(3). 效率η
U
2 cm
PL 2RL Ucm PE 2UcmUCC 4 UCC 4
CC
1 2 U cm ) 0
得出，当
U cm
2
UCC时，每管的管耗最大:
为
PCm
1 RL
[UCC
2
UCC
1 4
(2
UCC
)2
]
2
2
UC2C 2RL
即
PCm
2
2
PLm
0.2PLm
4. 电源和功率管极限参数的选择
《模拟电子技术基础》教案 第九章 功率放大电路(高教版)
第九章 功率放大电路本章内容简介(一) 目标：向L R （扬声器的音圈、电动机绕组、CRT 等）提供一定大小的可控功率(二) 侧重点不同：侧重研究L R 上的功率O P ，而不是o O I V ,(三) 深入研究：在后续课程《高频电子线路》(四) 主要内容✧ 一般问题、特点、分类；✧ O P 、效率、非线性失真（三者之间的矛盾）；✧ 互补对称、乙类功放（原理）；✧ 集成功放；✧ 散热问题、功率BJT 、VMOS 管(五)学习目标✧ 熟练掌握如何解决输出功率、效率和非线性失真三者之间的矛盾；✧ 要熟练掌握乙类互补对称功率放大电路的组成、分析计算和功率BJT 的选择；✧ 正确理解甲乙类互补对称功放电路的工作原理及计算；✧ 了解各种功率器件及散热问题；（选讲内容）✧ 了解集成功率放大器的使用。
（选讲内容）9.1 功率放大电路的一般问题（1学时）主要内容:本节主要定义了功率放大电路并做了分类。
基本要求：正确理解功率放大电路的定义及种类。
教学要点：1.功率放大电路的定义功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。
它一般直接驱动负载，带负载能力要强。
2.功率放大电路与电压放大电路的区别(1).本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。
功率放大电路: 主要输出较大的功率。
但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。
因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。
称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。
(2). 任务不同电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。
输出的功率并不一定大。
在小信号状态下工作.功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。
在大信号状态下工作。
(3).指标不同电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。
模拟电子技术-功率放大电路
2VCC Vom PV 22.5W RL
1 VCCVom Vom2 PT1 ( ) 5W RL 4
PT 2PT1 10W
18
功率BJT参数的选择
选择功放管时要求其极限参数要高于实际承受的最大值 最大允许耗散功率 PCM >PT1max 0.2Pom 耐压：| V(BR)CEO | > 2VCC
输出功率的大小等于 Vom Vom I om Vom Vom 功率三角形的面积 Po = 2 2 RL 2 RL 2 2 （见前页图） (Vom、Iom分别是交流输出电压及输出电流的幅值)
2
当Vom=VCC -VCES时, 得到 最大不失真输出功率Pom :
Pom (VCC VCES ) 2 2 RL
最大集电极电流：ICM > VCC / RL
19
乙类单电源互补对供电时, 输出端需接入大电容C 静态时电容上的电压
VCC vC 2
+VCC T1 vC RL
动态时电容相当于负电源, 为T2提供导通压降
VCC vi 2
+ C
其工作过程与双电源乙类功放相同
双电源形式（OCL） 单电源形式（OTL）
+VCC
T1
VCC vi 2
+ C
vC RL
+ vo -
T2
9
乙类双电源互补对称功放
电路组成 由一对NPN、PNP特性相同的互 iC1 iC2 补三极管组成，采用正、负双电
源供电。
工作原理
T1、T2在输入信号的正、负半周轮流导通，为推挽式
电路。 T1、T2导通时分别构成电压跟随器，则vo vi 。
模拟电子技术基础 第九章 功率放大电路
vI 0.6V vi
vi 足够大
2
最大输出功率
V Pom om 2
RL 13.69W
电源提供的功率 PVC = VDD IBIAS = 27.75 W PVE = VEE IBIAS= 27.75 W 放大器的效率
η Pom ( PVC PVE ) 100 % 24 .7%
流增益很大，可获得较大
的功率增益，输出电阻小， 带负载能力强。
输出电压与输入电压的关系
＋VCC
vO vI 0.6V
设BJT的饱和压VCES≈0.3V
T io vI IBIAS ＋ RL vo － －VEE
vO正向振幅最大值
Vom VCC 0.3V VCC
vO负向振幅最大值， T截止 临界截止时 iC iE 0
vI
＋VCC
T io IBIAS ＋ RL vo － －VEE
效率低
9.3 乙类双电源互补对称 功率放大电路
9.3.1 电路组成 9.3.2 分析计算 9.3.3 功率BJT的选择
9.3.1 电路组成
1. 电路组成
由一对NPN、PNP特性相同的 互补三极管组成，采用正、负双
＋VCC iC1 T1 ＋ vi － iC2 －VCC T2 RL iL ＋ vo －
9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET
1. VMOS管
V型开槽的纵向MOS管，称为VMOS（Vertical MOS） 电流沿导电沟道由漏极到 源极的流动是纵向的 沟道很短，电流ID很大 ， 可达200A N－外延层提高了耐压值，
N＋型衬底 漏极 d 二氧化硅 金属铝 N＋ N＋ P N－型外延层 源 极 S 栅极 g
9 功率放大电路
vi 足够大
2
最大输出功率
V Pom om 2
RL 13.69W
电源提供的功率 PVC = VDD IBIAS = 27.75 W PVE = VEE IBIAS= 27.75 W 放大器的效率
η Pom ( PVC PVE ) 100 % 24 .7%
流增益很大，可获得较大
的功率增益，输出电阻小， 带负载能力强。
输出电压与输入电压的关系
＋VCC
vO vI 0.6V
设BJT的饱和压VCES≈0.3V
T io vI IBIAS ＋ RL vo － －VEE
vO正向振幅最大值
Vom VCC 0.3V VCC
vO负向振幅最大值， T截止 临界截止时 iC iE 0
vI
＋VCC
T io IBIAS ＋ RL vo － －VEE
效率低
9.3 乙类双电源互补对称 功率放大电路
9.3.1 电路组成 9.3.2 分析计算 9.3.3 功率BJT的选择
9.3.1 电路组成
1. 电路组成
由一对NPN、PNP特性相同的 互补三极管组成，采用正、负双
＋VCC iC1 T1 ＋ vi － iC2 －VCC T2 RL iL ＋ vo －
9.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET
1. VMOS管
V型开槽的纵向MOS管，称为VMOS（Vertical MOS） 电流沿导电沟道由漏极到 源极的流动是纵向的 沟道很短，电流ID很大 ， 可达200A N－外延层提高了耐压值，
N＋型衬底 漏极 d 二氧化硅 金属铝 N＋ N＋ P N－型外延层 源 极 S 栅极 g
9 功率放大电路
功率放大电路(模拟电子技术)
Po
Vo 2
2
.
1 RL
Vo 2 2RL
最大输出功率:
Pom
(Vom 2
)2
1 RL
4、直流电源供给的功率是多少？
PE PVC PVE
5、管耗是多少？ PT PE PO
6、效率是多少？ η Pom PE 100%
例题：电路参数如下，试计算最大输出功率T1管耗电流源
19
的损耗及效率，设T1的饱和电压VCES≈0.2V
令 vo Vom sin t 单个管子在半个周期内的管耗
PT1
=
1 2π
π
0 vCEiC
d( t)
1 2π
π 0
(VCC
vo
)
vo RL
d( t)
1 2π
π 0
(VCC
Vo
msint
)
Vo
msint
RL
d(
t)
1 2π
π
(VCCVom
sint
V2 om
sin2t )
d(
t)
0
RL
RL
1
工作状态小结 类别 工作点 波 形
甲类 较高
13
导通角 特点
无失真
360
效率低
乙类 最低
180 失真大 效率最高
甲乙类 较低
180 — 失真较大
360
效率较高
功率放大电路提高效率的主要途径:
降低静态功耗，即减小静态电流。
（4）功率放大电路的性能指标
14
p • 输出功率
： o
PO
V0I0
Vo2 RL
Pom
Vom 2
2
模拟电子技术课程9功率放大电路指导1模电教辅
第9章功率放大电路9.1 教学要求学习功率放大电路需要了解功率放大电路的类型及特点；理解功率放大电路最大输出功率和转换效率的分析方法；了解功率放大电路在实际应用中的相关问题。
9.2 基本概念1 功率放大电路的主要特点(1)功率放大电路的基本特点与电压放大电路比较，功率放大电路的主要特点如表１所示。
(2) 各类功率放大电路的特点比较甲类、乙类、甲乙类放大电路的主要特点及用途比较如表２所示。
电路工作点位置及集电极电流特点用途甲类三极管的导通角0360=θ。
静态电流比较高，管耗大，电路效率低。
用于小信号放大电路乙类三极管的导通角0180=θ。
静态电流等于零，管耗小，电路效率高，但波形失真。
用于功率放大电路甲乙类三极管的导通角00360180<<θ。
静态电流很小，管耗小，电路效率高，且波形失真较乙类小。
用于功率放大电路 2 功率放大电路的主要指标(1)最大输出功率设输出电压的幅值为om V ，输出电流的幅值为om I ，则输出功率om om om om o 2122I V I V P =⨯= (9.1)最大输出功率是在输出信号基本不失真的情况下，负载上可能获得的最大输出功率。
omax omax omax 21I V P = (9.2)式中，max o P 表示最大输出功率，max o V 表示最大输出电压的幅值，max o I 表示最大输出电流的幅值。
(２)直流电源供给的功率直流电源供给的功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值与电源电压的积。
⎰⋅=⋅=πωπ20C CC C(AV)CC V )(21t d i V i V P (9.3)式中，C(AV)i 为C i 的平均值，即集电极电流的直流分量，当C i 的正、负半周对称时CQ C(AV)I i =，CQ I 是集电极电流的静态值。
上式是针对单电源功放电路的，若是双电源功放，则V P 应为两个电源提供的功率之和。
(３)管耗管耗即功放管消耗的功率，它主要发生在集电结上，称为集电极耗散功率T P 。
模拟电子技术基础课件：第九章 功率放大电路
导通时的│UBE│＝0.7V，输入电压足够大。（1） A、B、C、D点的静态电位各为多少？
解：（1）静态电位分别 为 UA＝0.7V，UB＝9.3V， UC＝11.4V，UD＝10V 。
9.13 如图T1和T4管的饱和管压降|UCES|＝2V，
导通时的│UBE│＝0.7V，输入电压足够大。（2） 若管压降│UCE│>=3V,为使最大输出功率Pom不小 于1.5W，则电源电压至少应取多少？
（×）
9.1（4）功率放大电路与电压放大电路、电流放大 电路的共同点是 1）都使输出电压大于输入电压；（ × ）
2）都使输出电流大于输入电流；（ × ）
3）都使输出功率大于信号源提供的输入 功率。（ √ ）
9.1（5）功率放大电路与电压放大电路的区别是 1）前者比后者电源电压高；（ × ）
2）前者比后者电压放大倍数数值大；（ × ）
《模拟电子技术基础》
第九章 功率放大电路
作业评讲
2009.12.31
8.2（1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放
管的功耗愈大。P491（ ×）
（2）功率放大电路的最大输出功率是指在基本 不失真情况下，负载上可能获得的最大交 流功率。（ √ ）
（3）当OCL电路的最大输出功率为1W时，功 放管的集电极最大耗散功率应大于1W。
9.4 如图，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2
管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。 （1）求最大输出功率Pom和效率η？
9.4 （2）求晶体管的最大功耗PTmax？（3）为 了使输出功率达到Pom，求输入电压的有效值？
9.13 如图T1和T4管的饱和管压降|UCES|＝2V，
3）前者比后者效率高；（ √ ）
解：（1）静态电位分别 为 UA＝0.7V，UB＝9.3V， UC＝11.4V，UD＝10V 。
9.13 如图T1和T4管的饱和管压降|UCES|＝2V，
导通时的│UBE│＝0.7V，输入电压足够大。（2） 若管压降│UCE│>=3V,为使最大输出功率Pom不小 于1.5W，则电源电压至少应取多少？
（×）
9.1（4）功率放大电路与电压放大电路、电流放大 电路的共同点是 1）都使输出电压大于输入电压；（ × ）
2）都使输出电流大于输入电流；（ × ）
3）都使输出功率大于信号源提供的输入 功率。（ √ ）
9.1（5）功率放大电路与电压放大电路的区别是 1）前者比后者电源电压高；（ × ）
2）前者比后者电压放大倍数数值大；（ × ）
《模拟电子技术基础》
第九章 功率放大电路
作业评讲
2009.12.31
8.2（1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放
管的功耗愈大。P491（ ×）
（2）功率放大电路的最大输出功率是指在基本 不失真情况下，负载上可能获得的最大交 流功率。（ √ ）
（3）当OCL电路的最大输出功率为1W时，功 放管的集电极最大耗散功率应大于1W。
9.4 如图，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2
管的饱和管压降│UCES│＝2V，输入电压足够大。 （1）求最大输出功率Pom和效率η？
9.4 （2）求晶体管的最大功耗PTmax？（3）为 了使输出功率达到Pom，求输入电压的有效值？
9.13 如图T1和T4管的饱和管压降|UCES|＝2V，
3）前者比后者效率高；（ √ ）
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——功率放大电路
特点：存在较小的静态电
iB
iB
流 ICQ 、IBQ 。每管 导通时间大于半个
周期，基本不失真
IBQ
。
uBE
t
uB1
iC
t UT ICQ
iC VCC /Re ib IBQ Q VCC uce
第十九页，共31页。
2.带前置放大级的功率放大器
动画演示
（甲乙类互补对称电 路的计算同乙类）
第二十页，共31页。
. 单电源供电；
. 输出加有大电容。
（1）静态偏置
调整RW阻值的大
小，可使
UP
1 2
VCC
此时电容上电压
UC
1 2
VCC
第二十三页，共31页。
（2）动态分析
Ui负半周时， T1导通、T2截止； Ui正半周时， T1截止、T2导通。
（电容起到了负电 源的作用）
动画演示
第二十四页，共31页。
（3）输出功率及效率
总结：互补对称功放的类型
互补对称功放的类型
双电源电路 又称OCL电路 （
无输出电容）
Po max
VC2C 2RL
单电源电路
又称OTL电路
（无输出变压器
）
Po max
VC2C 8RL
第二十八页，共31页。
4.4 集成功率放大器
集成功率放大器DG4100简介：
第二十九页，共31页。
集成功放DG4100的外部接线图：
PoM
VCC 2 2 RL
2．U(BR)CEO2VCC
第十六页，共31页。
乙类互补对称功放的缺点
存在交越失真
ui
R1
t
D1
uo
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
D2 uB2 RC
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
电容C起负电 源–VCC的作用
注意：
每只管子的工作电压变 成 了 VCC/2 ， 在 计 算 各 项指标时，电源电压要 用VCC/2。
RE T3 + ui _ D1
D2
RC
+ VCC
T1
uC
A+
+
C
IGBT等 效电路
d
IGBT电 路符号
T1 R
g
T2
s
d
g
T
s
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：
(1) 输入阻抗高 (2) 工作速度快 (3) 通态电阻低 (4) 阻断电阻高 (5) 承受电流大
兼 顾 了 MOSFET 和 BJT 的 优点，成为当前功率半导 体器件发展的重要方向。
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(4) 晶体管的耗散功率
令
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
即当输出电压幅值为
晶体管的管耗最大 最大管耗为
每只管子的最大管耗为
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
(1) 该电路采用什么方法来减小交越失真? (2) 如负载RL分别为20 W 、10 W时，其最大不失真输 出功率分别为多大?
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
(3) 为了使不失真输出功率达到最大，其电路的最佳负 载RLopt 及此时的最大输出功率Pom ； (4) 功放管T1 和T2的极限参数PCM、 ICM 和|U(BR)CEO| 应 选多大?
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.3.4 功率器件的散热
晶体管的散热示意图
R( t h ) c s
外壳c
R(th)jc
R ( t h ) s a 散热器s 环境a
集电结j
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
功率器件的散热分析方法 电——热模拟法,即用电路来模拟功率器件的散热 回路。
导电回路和散热回路参数对照表
+
+ (2) 电源对称
u_i
T2
RL uo iC2 _
(3) T1、T2射极输出
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
1. 工作原理
设ui=Uimsin t
a. 当ui =0 时 UA =0
T1、T2截止 uo=0
静态功耗为零
+VCC
iC1 T1
io
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. ui >0 时 T1导通 输入信号ui T1
+VCC iC1
电流io方向 输出信号uo
T2截止 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
c. ui <0 时
电流io方向 +VCC
T1截止 输入信号ui T1
输出信号uo
模拟电子技术基础
9 功率放大电路 9.1 功率放大电路的特点及分类
1．特点 (1) 要有尽可能大的输出功率 (2) 效率要高 (3) 非线性失真要小 (4) 要加装散热和保护装置 (5) 要用图解法分析
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2．工作状态分类 根据晶体管的静态工作点的位置不同分
(1) 甲类放大电路
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当Uom达到最大值(VCC – UCES)时 +
当忽略三极管的饱和压降UCES时 u_i
+VCC
T1
iC1
io
+
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 电源供给的功率 平均集电极电流IC(AV)为
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
[例] 电路如图所示，已知电源电压 VCC=15V，RL=8W。输入信号是正弦 波。问：
T1 (a) 假设 UCES=0 V时，负载可 能得到的最大输出功率和能量 + 转换效率最大值分别是多少？ u_i T2
(b) 当输入信号ui=10sin t V
时，求此时负载得到的功率 和能量转换效率。
iB
O
iC uBE O
输出信号
交越失真 t
O
ui
交越失真的产生
输入信号
在两个管子交替工作区域出 现的失真称为交越失真
t
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
4. 克服交越失真的常用方法 给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工 作于微导通状态，即甲乙类工作状态。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.2.2 甲乙类互补推挽电路 RE
输出信号为正半周 电容C同时充电
RE T3 + ui uB1 _ D1
D2 uB2 RC
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 当ui为正半周时 uB2信号为负半周 T1截止， T2导通 输出信号为负半周
电容C放电
RE T3 + ui uB1 _ D1
(1) 正、负电源VCC的最小值； (2) 当输出功率最大时，电 源 ui
Байду номын сангаас
+VCC T1
供给的功率；
+
(3) 当输出功率最大时的输入 电压的有效值。
T2 RL uo _
_ VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
[解] (1) 由于电路的最大输出功率
ui
所以电源电压 VCC≥ (2) 当输出功率最大时，电源供给的功率
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
下页 返回
模拟电子技术基础
2. 电路的闭环电压增益
A·uf≈－R2/R1
R1 + uI _
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
下页 返回
模拟电子技术基础
的性能完全相同，=60，|UBE|=0.7 V。试问:
R2
+VCC (18V)
uI
R1
5kW
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V) 上页 下页
返回
模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
uCE
O π 2 π 3 π ωt
c. 输出失真大 d. 放大管的导通角θ =π
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 甲乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
集电极电 流波形
iC3 π < < 2π
O
特点 a. 静态功耗较小
QA
ICQ
uCE
O
π
c. 输出失真较大
2π 3πωt
b. 能量转换效率较高 d. 放大管的导通角π<θ <2π
iC
静态工作 点位置
iC1
集电极电 流波形
QA
ICQ
特点
O
a. 静态功耗 b. 能量转换效率低
=2
uCE O
2 ωt
大
c. 放大管的导通角θ =2π
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
iC2 = π
集电极电 流波形
O
特点
a. 静态功耗 b. 能量转换效率高
QA
1. 利用二极管提供偏压
T3
+
ui
T1
_ D1
D2
二极管提供偏压，使 T1、T2呈微导通状态
T2 RC
+VCC iC1
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
电容C起负电 源–VCC的作用
注意：
每只管子的工作电压变 成 了 VCC/2 ， 在 计 算 各 项指标时，电源电压要 用VCC/2。
RE T3 + ui _ D1
D2
RC
+ VCC
T1
uC
A+
+
C
IGBT等 效电路
d
IGBT电 路符号
T1 R
g
T2
s
d
g
T
s
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：
(1) 输入阻抗高 (2) 工作速度快 (3) 通态电阻低 (4) 阻断电阻高 (5) 承受电流大
兼 顾 了 MOSFET 和 BJT 的 优点，成为当前功率半导 体器件发展的重要方向。
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(4) 晶体管的耗散功率
令
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
即当输出电压幅值为
晶体管的管耗最大 最大管耗为
每只管子的最大管耗为
+VCC
T1
iC1
io
+
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
(1) 该电路采用什么方法来减小交越失真? (2) 如负载RL分别为20 W 、10 W时，其最大不失真输 出功率分别为多大?
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
(3) 为了使不失真输出功率达到最大，其电路的最佳负 载RLopt 及此时的最大输出功率Pom ； (4) 功放管T1 和T2的极限参数PCM、 ICM 和|U(BR)CEO| 应 选多大?
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.3.4 功率器件的散热
晶体管的散热示意图
R( t h ) c s
外壳c
R(th)jc
R ( t h ) s a 散热器s 环境a
集电结j
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
功率器件的散热分析方法 电——热模拟法,即用电路来模拟功率器件的散热 回路。
导电回路和散热回路参数对照表
+
+ (2) 电源对称
u_i
T2
RL uo iC2 _
(3) T1、T2射极输出
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
1. 工作原理
设ui=Uimsin t
a. 当ui =0 时 UA =0
T1、T2截止 uo=0
静态功耗为零
+VCC
iC1 T1
io
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
b. ui >0 时 T1导通 输入信号ui T1
+VCC iC1
电流io方向 输出信号uo
T2截止 uo≈ui
+
A
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
c. ui <0 时
电流io方向 +VCC
T1截止 输入信号ui T1
输出信号uo
模拟电子技术基础
9 功率放大电路 9.1 功率放大电路的特点及分类
1．特点 (1) 要有尽可能大的输出功率 (2) 效率要高 (3) 非线性失真要小 (4) 要加装散热和保护装置 (5) 要用图解法分析
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2．工作状态分类 根据晶体管的静态工作点的位置不同分
(1) 甲类放大电路
+
u_i
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
当Uom达到最大值(VCC – UCES)时 +
当忽略三极管的饱和压降UCES时 u_i
+VCC
T1
iC1
io
+
T2
RL uo iC2 _
_VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 电源供给的功率 平均集电极电流IC(AV)为
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
[例] 电路如图所示，已知电源电压 VCC=15V，RL=8W。输入信号是正弦 波。问：
T1 (a) 假设 UCES=0 V时，负载可 能得到的最大输出功率和能量 + 转换效率最大值分别是多少？ u_i T2
(b) 当输入信号ui=10sin t V
时，求此时负载得到的功率 和能量转换效率。
iB
O
iC uBE O
输出信号
交越失真 t
O
ui
交越失真的产生
输入信号
在两个管子交替工作区域出 现的失真称为交越失真
t
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
4. 克服交越失真的常用方法 给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工 作于微导通状态，即甲乙类工作状态。
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
9.2.2 甲乙类互补推挽电路 RE
输出信号为正半周 电容C同时充电
RE T3 + ui uB1 _ D1
D2 uB2 RC
T1 A
T2
+ VCC
uC +
+ C
RL uo _
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 当ui为正半周时 uB2信号为负半周 T1截止， T2导通 输出信号为负半周
电容C放电
RE T3 + ui uB1 _ D1
(1) 正、负电源VCC的最小值； (2) 当输出功率最大时，电 源 ui
Байду номын сангаас
+VCC T1
供给的功率；
+
(3) 当输出功率最大时的输入 电压的有效值。
T2 RL uo _
_ VCC
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
[解] (1) 由于电路的最大输出功率
ui
所以电源电压 VCC≥ (2) 当输出功率最大时，电源供给的功率
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
下页 返回
模拟电子技术基础
2. 电路的闭环电压增益
A·uf≈－R2/R1
R1 + uI _
R2
+ VCC
R3
i3
_
D1
iB1
T1
A
+
D2
iB2
+
T2 RL uO
R4 i4
_
上页
_VCC
下页 返回
模拟电子技术基础
的性能完全相同，=60，|UBE|=0.7 V。试问:
R2
+VCC (18V)
uI
R1
5kW
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V) 上页 下页
返回
模拟电子技术基础
uI
R1
5kW
R2
+VCC (18V)
250kW
+A
uO1
T1
iO1
T2
uO
RL
- VCC (- 18V)
uCE
O π 2 π 3 π ωt
c. 输出失真大 d. 放大管的导通角θ =π
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(3) 甲乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
集电极电 流波形
iC3 π < < 2π
O
特点 a. 静态功耗较小
QA
ICQ
uCE
O
π
c. 输出失真较大
2π 3πωt
b. 能量转换效率较高 d. 放大管的导通角π<θ <2π
iC
静态工作 点位置
iC1
集电极电 流波形
QA
ICQ
特点
O
a. 静态功耗 b. 能量转换效率低
=2
uCE O
2 ωt
大
c. 放大管的导通角θ =2π
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
(2) 乙类放大电路
iC
静态工作
点位置
iC2 = π
集电极电 流波形
O
特点
a. 静态功耗 b. 能量转换效率高
QA
1. 利用二极管提供偏压
T3
+
ui
T1
_ D1
D2
二极管提供偏压，使 T1、T2呈微导通状态
T2 RC
+VCC iC1