模拟电路第五章

P oIoV m om 2V CIC om πV om
P V 2
π 4V CC
当Vom = VCC 时效率最大，η=π/4 =78.5％。
㈣功率BJT的选择
由上分析，BJT的参数必须满足下列条件：
①单个BJT的Pcm （ PT1m ） ≥0.2 Pom ② T1导通，vCE1≈0，T2截止，vCE2≈ 2VCC
5.1 功率放大电路wk.baidu.com一般问题 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路 5.5 功率器件
§5.1 功率放大电路的一般问题
放大电路的输入信号很微弱（微伏、毫伏 级）， Pi ＜1W，为了推动负载工作（扬声器发 声、电机转动、仪表指针偏转……），必须由多 级放大电路进行连续放大，才能在输出端得到必 要的电压副值或功率如图5-1。
动画5-2-1
㈢参数计算
（如图5-2-2）
Icm1 （ Iom ）
Q Vcem1 （ Vom ）
1．输出功率Po
Icm1 （ Iom ）
设互补功率放大电路为乙类工作状态，
输入为正弦Vce波m1 （。V负om ）载上的输出功率为
P o=1 2Iom 1 2V om =(V R o 2 L m )2(V C2 C R V L CE )2S V 2C R L 2 C
§5.2 乙类双电源互补功率放大电路
互补对称：让两个性能相同的BJT轮流道 通，在负载电阻上得到完整的波形，就解 决了失真问题。
㈠电路组成
乙类互补功率放大电路如图5.2.1所示。它由 一对NPN、PNP特性相同的互补BJT组成。这 种电路也称为OCL（无输出电容器）互补功 率放大电路。
图5.2.1 乙类互补功率放大电路及波形
三种工作方式：甲类、乙类、甲乙类。 分析如下：
图5-1-2（a）甲类 ①Q在负载线中点，②BJT360°导电；
③电源供给 PvVcIcc IC平均值 负载功率 PoVo2m Io2m1 2Vom Iom SQAB
甲类放大的静态电流是造成管耗的主要因 素，其效率不高，理想情况下不超过50%。
提高
选用|V（BR）CEO |＞ 2VCC
③ Icm ＜ V CC
RL
例题（书P204）及思考题
严格说，输入信号很小时，达不到三极 管的开启电压，三极管不导电。因此在正、 负半周交替过零处会出现一些非线性失真， 这个失真称为交越失真。如图5.2.5所示。
图5.2.5 交越失真 动画5-2-5-1 动画5-2-5-2
0 RL
2 VCCVom π RL
PVm
=
2 π
VC2C RL
即PV ∝Vom 。当Vom趋近VCC时，显然PV 近似与电源电压的平方成比例。
3．BJT的管耗PT
电源输入的直流功率，有一部分通过三极
管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极
管上，形成三极管的管耗。显然
PT=PVPo2V π C R V C LomV 2o Rm L 2
㈡工作原理
当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时NPN型三极管导电，有电流通过 负载RL，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。
当输入信号为负半周时，且幅度 远大于三极管的开启电压，此时PNP 型三极管导电，有电流通过负 载RL ，按图中方向由下到上，与假设正方 向相反。于是两个三极管一个正半周 ，一个负半周轮流导电，在负载上将 正半周和负半周合成在一起，得到一 个完整的不失真波形。
PTm=2VπCRV C LomV 2oRm L2
2VCC 0.6V 4CC(0.6V 4CC )2
πRL
2RL
2.π52V 6RC LC 20.624R 2VLCC 2 0.8Pom0.4Pom0.4Pom
对一只三极管 PT1m 0.2Pom
4．效率η
Po
=
V om 2 2 RL
PV
2VCCVom π RL
忽略三极管的饱和压降， 负载上的最大不失真功率为
Pom
VCC 2 2 RL
2．电源功率PV
直流电源提供的功率为半个正弦波的平均 功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。 直流电源功率PV的表达式推导如下
2
PV =VCCICC VCC 2π
π
0 Iomsin td( t)
2
VCC 2π
π Vomsin td( t)
的方法
增大动态范围（此图一定），输出
功率 PO一定。
降低Q，是静态功耗 PO降低，如
甲类和乙类工作状态
图5-1-2（ b）甲乙类
①Q下降，Ic减小，静态功耗下降，效率提高；
② BJT的180°＜导通角＜360° ； ③波形失真。
图5-1-2（ c）乙类
① Ic =0，静态功耗为0；
②BJT的导通角=180°； ③ 波形失真严重。
输入
第1级 第2级
第（n-1）级
末前级
第n级
输出级
前置级 功率放大
图 5-1-1多级放大电路
输出
两者区别：
电压放大（第3章）：目的是输出足够大的电 压，工作在小信号状态，用小信号模型法（线 性）分析。 功率放大（第5章）：目的是输出最大功率， 工作在大信号状态，用图解法（非线性）分析。
㈠对功率放大电路的基本要求
功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低 静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为 乙类或甲乙类工作状态。此时虽降低了静态工作 电流，但又产生了失真问题。如果不能解决乙类 状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电 路中就不能采用。通过改进电路结构（互补对称 电路），较好地解决了乙类工作状态下的失真问 题。
①要求输出功率尽可能大 电压大 工作在极限状 态，
电流大
考虑BJT的极限参数（在安全区内）。
②效率高
Po PV
负载得到交流信号功率 电源供给的直流功率
③非线性失真小，信号大，功放电路动态范围大， 易产生非线性失真。
④BJT 的散热问题（管耗）。 效率、失真和输出功率相互影响。
㈡功率放大电路提高效率的途径
将PT画成曲线， 如图5.2.3所示。
Po
=
V om 2 2 RL
PV
2VCCVom π RL
图5.2.3 乙类互补功放电路的管耗
显然，管耗与输出幅度有关，图5.2.4中画阴影
线的部分即代表管耗，PT与Vom成非线性关系，有 一个最大值。可用PT对Vom求导的办法找出这个最 大值。PTm发生在Vom=0.64VCC处，将Vom=0.64VCC 代入PT表达式，可得PTmax为