模拟电子技术第七章 功率放大电路.ppt

第七章 功率放大电路 §7.1 功率放大电路的一般问题 利用晶体管的电流控制作用，把直流电源能量转换为由输入信号控制的交流能量，以驱动负载工作。 功率放大电路的特点和要求 1、尽可能大的输出功率 电压和电流都需要有足够大的动态范围。 2、用图解法分析 功率放大器常在大信号下工作，小信号等效电路分析法已不适合。 3、转换效率要高 负载上有用信号功率Po与直流电源供电功率Pcc之比η为转换效率，η=Po/Pcc。 4、非线性失真适当 功率放大器在大信号下工作，通常大信号会带来严重的失真。输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。 5、功率放大器常用乙类或甲乙类工作状态 工作点在放大区中部，输入信号的整个周期内都有电流流过晶体管的工作状态为甲类； 工作点在截止区边缘，输入信号只有半个周期内都有电流流过晶体管的工作状态为乙类； 工作点在放大区但接近截止区的地方，输入信号有大半个周期内都有电流流过晶体管的工作状态为甲乙类； 甲类工作状态 电源始终送出直流功率。无交流信号时，能量全耗散在电阻和晶体管上；有交流信号时，一部分能量转换为输出功率Po。 甲类工作状态的转换效率不高，最多只能达到50%。 静态电流Ic太大，影响了转换效率。 乙类工作状态 设置静态工作点使静态电流Ic等于零，则输入信号等于零时电源输出的功率也等于零，信号增大时电源供给的功率也随之增大。 只能工作于半个信号周期，信号被削半，严重失真。 甲乙类工作状态 设置静态工作点使静态电流Ic略大于零，则输入信号等于零时电源输出的功率也等于零，信号增大时电源供给的功率也随之增大。 只能工作于大半个信号周期，信号严重失真。 6、晶体管的散热和保护 功率放大器相当大的功率耗散在晶体管的集电结上，工作温度较高，覆加散热片可避免温度带来的损害。此外，还需注意对大电压和大电流的保护。 §7.2 乙类双电源互补对称功率放大电路 1、工作原理 使用两个乙类放大器，一个 工作在正半周期，另一个 工作在负半周期。两管交替 工作，则负载上可得到完整 波形。 静态时两管电流为零，有输入 信号时两管轮流导电。 2、分析计算 输出功率Po IL为有效值，Icm为峰值， 在输入信号足够大时，Vcem=IcmRL=Vcc-VCE(sat)，如忽略晶体管的饱和压降VCE(sat) 有Vcem=IcmRL≈Vcc。此时，最大不失真输出功率为 上图中ΔABQ的面积代表乙类互补对称电路输出功率的大小，称为功率三角形。 效率η 输出功率最大时，直流电源供给电路的总功率为 考虑到晶体管饱和压降VCE(sat)等因素，实际效率在60％左右。 管耗 消耗在晶体管上的功率为PT=PCC-Po。 当输出功率最大时，Po=Pom，有 设某理想情况下， 有 效率为 两管总管耗为 静态时α=0，PT接近零；输出功率最大时α=1，PT=0.27Pom 对管耗表达式求导，最大管耗满足 则 每管最大管耗 电路输出功率为 避免在α=0.636的状态下工作！ 每只BJT的最大允许管耗必须大于0.2Pom 考虑到当T2导通时， ， 因此，应选用 的管子。 通过BJT的最大集电极电流为Vcc/RL，所选BJT的ICM一般不宜低于此值。 1、乙类互补对称电路的困难 乙类互补对称电路静态时IC=0，当输入信号Vi低于阈值电压时，两管均截止，负载上无电流通过，出现死区，只有当Vi|Vth|时，导通电流才明显出现。这一现象称为交越失真。 T3为前置电压 放大电路，作推动级； D1和D2接在T2、T3的 基极回路内，给T2、T3 提供一合适的正偏压， 使两管处于微导通状态； 静态时由于T1T2互补， 电路对称，RL上无电流 通过；当有小信号输入时， 仍能基本上得到线性放大。 3、功率BJT的选择 管耗何时最大？其与输出功率关系如何？ §7.3 甲乙类互补对称功率放大电路 2、双电源甲乙类互补对称电路 在乙类互补对称电路的两基极间加上二极管，给T2和T3提供一定的稍大于Vth的正向偏压，使两管具有适当的静态电路，离开截止区，从而消除了交越失真。 VBE4可认为是定值 R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。