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第四章 功率放大电路 重点： 一、对功率放大电路的特点 二、功率放大电路的最大输出功率、效率的估算和功放管的选择 学习功率放大电路除了要注意它的特殊问题外，还要注意它不是孤立应用的，要与前级合理连接，前级应能提供足够大的信号，应引入合适的负反馈等。 概述 一、研究的问题 1、性能指标：输出功率和效率。若已知Uom，则可得Pom。 2、分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。 3、晶体管的选用：从极限参数选择晶体管。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反向击穿电压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在尽限状态。 二、晶体管的工作方式 1、甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 2、乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 3、甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。要求主要有 : (1)要求尽可能大的输出功率 (2)具有较高的效率 (3)非线性失真要小 (4)晶体管的散热和保护问题 输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配。 电压放大器一般工作在甲类，三极管360°导电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过25%。 甲乙类180°～360°导电 乙类180°导电 三极管的四种工作状态 丙类180°导电 甲类360°导电 互补功率放大电路 OCL电路 输入电压的正半周： ＋VCC→T1→RL→地 输入电压的负半周： 地→RL →T2 → －VCC 两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。 静态工作点的分析 由于电路无偏置电压，故两管的静态工作点参数UBE、IB和IC均为零。其负载线方程式为UCE＝VCC—ICRL。由此式可作出如图4.2.2所示的负载线，斜率一1/RL，工作点位于UCE＝VCC的Q点，属乙类工作状态。为分析信号形状方便起见，将T2管的输出特性相对于T1管特性旋转180布置。让两管静态工作点Q重合，形成两管合成曲线。 加信号工作情况 输出功率和效率的分析估算 求解输出功率和效率的方法: 然后求出电源的平均功率， 效率 在已知RL的情况下，先求出UOM，则 UOM有效值 Uom峰值 1．最大不失真输出功率Pomax 设互补功率放大电路为乙类工作状态，输入为正弦波。忽略三极管的饱和压降，负载上的最大不失真功率为 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．电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率PV 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。 3．三极管的管耗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 将PT画成曲线， 如图所示。 乙类互补功放电路的管耗 为了求取最大管耗，可用求极值方法。求导，并令其为零。故有 所以 时，管耗最大 将Uom=0.64VCC代入PT表达式，可得PTmax为 对一只三极管 4．效率η 当Vom = VCC 时效率最大 η=π/4 =78.5％。 因此，选择晶体管时，其极限参数 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。如图所示。 图 交越失真 为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电路如图所示。 (a)利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置 甲乙类互补功率放大电路 二次击穿