九功率放大电路.ppt

* 第3章 多级放大电路和集成运算放大电路 第九章 功率放大电路 9.1 功率放大电路概述 9.2 互补功率放大电路 9.3 集成功率放大电路 9.1.1 功率放大电路的特点（多级放大电路的输出级） 一、功率放大电路（Power Amplifier）主要技术指标：  1）最大输出功率Pom 根据负载要求，提供尽可能大的输出功率。功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。当输入正弦信号时， 在输出波形不超过规定的非线性失真范围的情况下，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积称为最大输出功率Pom，即 Pom=UoIo 9.1 功率放大电路概述 2）转换效率η  从前面的分析可知，所有的放大电路实质上都是能量变换器。负载上所得到的信号功率实际上是由直流电源通过放大器件转换而来的。当供给功率放大电路的直流电源功率一定时，为了向负载提供尽可能大的功率，就必须减小损耗，因此提高功率放大电路的能量转换效率是一个重要问题。  功率放大电路的转换效率是最大输出功率与电源所提供的功率之比，用η表示，即  式中, PV为直流电源所提供的功率。 三、功率放大电路的晶体管和功率放大电路的分析方法 在功率放大电路中，为了使输出功率尽可能大，三极管一般都工作在极限状态，瞬时工作点将运动到接近于管子的饱和区和截止区， 输出信号不可避免地会有非线性失真，而且输出功率越大，非线性失真越严重。因此必须注意功放管的正确选择， 要保证管子的最大耗散功率PCM、最大集电极电流ICM、最大管压降U(BR)CEO不超过限定范围，使管子工作在安全工作区。 由于功率放大电路中的三极管通常都工作在大信号状态， 因此在进行分析时，一般不采用小信号等效电路法，而是采用图解法进行功放电路的静态和动态分析。 9.1.2 功率放大电路的组成 功率放大电路的形式很多，按放大电路不同的工作状态， 可分为甲类放大、 乙类放大、甲乙类放大。  在前面所讨论的电压放大电路中，输入信号在整个周期内都有电流流过放大器件，这种工作方式称为甲类放大， 其工作状态如图3-24（a）所示，由图可见iC≥0。 在甲类放大电路中，直流电源所提供的功率在没有信号输入时， 全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时，一部分转化为有用的输出功率，另一部分消耗在器件上。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%。 怎样才能使电源所提供的功率尽可能多地转化为有用的信号输出功率呢？要想提高放大电路的效率，只有减小损耗。从甲类放大电路可知，静态电流是造成管耗的主要因素。如果把静态工作点向下移动，使信号等于零时，电源的输出功率也等于零（或很小）， 信号增大时电源供给的功率也随之增大， 这样电源所提供的功率和管耗都会随着输出功率的大小而变化。 利用图3-24（b）和（c）所示工作情况，可以实现上述设想。 在图3-24（b）中，有半个周期以上iC0，称为甲乙类放大；图3-24（c）中，一个周期内只有半个周期iC0，称为乙类放大。 甲乙类和乙类放大虽然减小了静态功耗，提高了效率， 但是由于工作点偏下，会出现严重的波形失真，因此，既要保持静态时管耗小，又要使波形不产生严重失真， 就必须改进电路结构。 图 3-24 Q点下移对工作状态的影响 (a) 甲类放大； 甲类功率放大器的Q点 图 3-24 Q点下移对工作状态的影响 (b) 甲乙类放大； 甲乙类功率放大器的Q点 图 3-24 Q点下移对工作状态的影响 (c) 乙类放大 乙类功率放大器的Q点 三类功率放大器的效率比较: η乙类 ＞ η甲乙类 ＞ η甲类 1） 变压器耦合功率放大电路 图 3-25 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 图中Tr1为输入变压器，Tr2为输出变压器，三极管V1、V2特性完全相同，且接成对称射极输出器形式。当输入电压ui为零时，由于V1、V2管的发射极电压为零，均处于截止状态， 因此电源所提供的功率为零，负载上的电压也为零，两只管子的管压降均为UCC。当输入电压ui为正半周时，V1管导通，V2管截止，电流iC1如图中实线所示；当输入电压ui为负半周时， V1管截止，V2管导通，电流iC2如图中虚线所示。这种V1和V2管在电路中轮流导通的方式称为“推挽”工作方式。虽然两个三极管的集电极电流iC1和iC2均只有半个正弦波，但是经变压器耦合后，负载RL上的电流iL和输出电压uo的波形是整个正弦波。 图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路