功率放大电路精.ppt

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1、功率放大电路课件2022/10/61第1页，本讲稿共56页2 本章本章主要讲述功率放大电路的基本原理和主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。基本分析方法。重点掌握功率放大电路的有重点掌握功率放大电路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态，最大输出功率，转换效率，交越工作状态，最大输出功率，转换效率，交越失真等；掌握失真等；掌握OCL的工作原理，并估算最大输的工作原理，并估算最大输出功率和效率；出功率和效率；正确理解功率放大电路的组成正确理解功率放大电路的组成原则，了解功放管的选择方法。原则，了解功放管的选择方法。内容简介2022/10/

2、62第2页，本讲稿共56页8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象2022/10/63第3页，本讲稿共56页1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功功率率放放大大电电路路是是一一种种以以输输出出较较大大功功率率为为目目的的的的放放大大电电路路。因因此此，要要求求同同时时输输出出较较大大的的电电压压和和电电流流。管管子工作在接近极限状态。子工作在接近极限状态。(2)要解决的

3、问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。4（3）管管子子工工作作在在接接近近极极限限状状态态。有有时时是是双双重重保保护护，也也保护使用者。保护使用者。（1）在在电电源源电电压压确确定定的的情情况况下下，输输出出尽尽可可能能大大的的输输出出功功率（率（P0大时，效率影响大）；大时，效率影响大）；（2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。）工作于大信号状态容易产生非线性失真。2022/10/64第4页，本讲稿共56页5 无无本本质质的的区区别别，都都是是能能量量的的控控制制与与转转换换。不不同同之

4、之处处在在于于，各各自自追追求求的的指指标标不不同同：电电压压放放大大电电路路追追求求不不失失真真的的电电压压放放大大倍倍数数；功功率率放放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。主要技术指标主要技术指标 （1）最最大大输输出出功功率率Pom：在在电电路路参参数数确确定定的的情情况况下下负负载载可可能能获得的最大交流功率。获得的最大交流功率。分析方法分析方法 工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。（2）转转换换效效率率 ：最最大大输输出出功功率率与与电电源源提提

5、供供的的功功率率之之比比，即即 思考题：思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？的区别吗？的区别吗？的区别吗？指标指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2022/10/65第5页，本讲稿共56页2.功率放大电路提高效率的主要途径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。降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态四种工作状态 根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内三极管的导通情况划分内三极管的导通情况划分乙类：乙类：

6、导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于1802022/10/66第6页，本讲稿共56页2022/10/67 三三极极管管根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内内的的导导通通情情况况，可可分分为为几个工作状态：几个工作状态：乙类：乙类：=180甲类：甲类：=360甲乙类：甲乙类：180 360丙类：丙类：180思考题：思考题：功率放大电路中电源的功功率放大电路中电源的功功率放大电路中电源的功功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗率除了提供给负载外，其余的消耗率除了提供给负载

7、外，其余的消耗率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？在什么地方？在什么地方？在什么地方？思考题：思考题：功放中的功放管采用功放中的功放管采用功放中的功放管采用功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？哪种工作状态最合适？哪种工作状态最合适？哪种工作状态最合适？提提高高功功放放效效率率的的根根本本途途径径是是减减小小有有源源器器件件（功放管）的静态功耗（功放管）的静态功耗。2.晶体管的工作状态晶体管的工作状态 采采用用甲甲乙乙类类工工作作状状态态最最合合适适，因因为为甲甲类类效效率率太太低低，丙丙类类失失真真太太大，乙类会产生交越失真。大，乙类会产生交越失真。有时用半导通角工作状态分析工作状态分

8、析消耗在消耗在功放管的静态功耗功放管的静态功耗。2022/10/67第7页，本讲稿共56页8复习：R的电源供给功率图-耗能元件2022/10/68第8页，本讲稿共56页9复习：L 的电源供给功率图-P=0，储能元件2022/10/69第9页，本讲稿共56页1010 图 功率放大器工作状态的分类（a）甲类;（b）乙类;（c）甲乙类 本质：静态工作点不同，-偏置不同甲、乙类、甲乙类示意图2022/10/610第10页，本讲稿共56页11甲乙丙状态的转移特性甲乙丙状态的转移特性甲类的输出特性思考：图中那些曲线应该用虚线表示乙类：乙类：=180甲类：甲类：=360甲乙类：甲乙类：180 360丙类：丙

9、类：0,三极管V1导通,V2截止,V1管的射极电流ie1经CC自上而下流过负载,在RL上形成正半周输出电压,uo0。（2）当输入信号为负半周时,ui0,三极管V2导通,V1截止,V2管的射极电流ie2经CC自下而上流过负载,在RL上形成负半周输出电压,uoT信信，电容，电容C就就可充当原来的可充当原来的VCC。计算计算Po、PT、PV和和PTm的公式的公式必须加以修正，以必须加以修正，以VCC/2代替原来代替原来公式中的公式中的VCC。2022/10/641第41页，本讲稿共56页42OTL乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 优点：优点：单电源供电。单电源供电。缺点：缺点：低频特

10、性差。低频特性差。静静态态时时：基基极极电电位位为为Vcc/2（分分析析见见书书P393），由由于于电电容容C 的的容容量量足足够够大大，若若初初始始电电压压为为0，则则基基极极电电压压通通过过T1管管发发射射结结向向电电容容C充电，直至近似为充电，直至近似为Vcc/2为止。为止。输输入入信信号号正正半半周周电电源源Vcc向向T1管管供供电电；输输入入信信号号负负半半周周，电电容容C上上存存储储的的电电压压Vcc/2向向T2管供电。管供电。OutputTransformerLessAmplifier 无输出变压器（书无输出变压器（书P393）2022/10/642第42页，本讲稿共56页43

11、本讲主要掌握以下内容：本讲主要掌握以下内容：功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不失真功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不失真信号功率和具有尽可能大的转换效率；信号功率和具有尽可能大的转换效率；晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；工作状态的本工作状态的本质是什么？质是什么？理想效率的计算（理想效率的计算（50%50%，78%78%，6565%）。）。OCLOCL电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。了解了解OTLOTL电路的定义，工作原理，优缺电路的定义，工作原理，优缺.小结2022/1

12、0/643第43页，本讲稿共56页44 无无本本质质的的区区别别，都都是是能能量量的的控控制制与与转转换换。不不同同之之处处在在于于，各各自自追追求求的的指指标标不不同同：电电压压放放大大电电路路追追求求不不失失真真的的电电压压放放大大倍倍数数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。主要技术指标主要技术指标 （1）最最大大输输出出功功率率Pom：在在电电路路参参数数确确定定的的情情况况下下负负载载可可能能获获得的最大交流功率。得的最大交流功率。分析方法分析方法 工工作作于于大大信信号号状状态态，功功放放管管的的非非线线性性不不可

13、可忽忽略略，宜宜采采用用图图解分析法。解分析法。（2）转转换换效效率率 ：最最大大输输出出功功率率与与电电源源提提供供的的功功率率之之比比，即即 思考题：思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？别吗？别吗？别吗？指标指标如：企业与学校，都有“产品”，目标不同2022/10/644第44页，本讲稿共56页1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功功率率放

14、放大大电电路路是是一一种种以以输输出出较较大大功功率率为为目目的的的的放放大大电电路路。因因此此，要要求求同同时时输输出出较较大大的的电电压压和和电电流流。管管子子工作在接近极限状态。工作在接近极限状态。(2)要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。45（3）管管子子工工作作在在接接近近极极限限状状态态。有有时时是是双双重重保保护护，也也保护使用者。保护使用者。（1）在在电电源源电电压压确确定定的的情情况况下下，输输出出尽尽可可能能大大的的输输出出功功率率（P0大时，效率影响大）；大时，

15、效率影响大）；（2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。）工作于大信号状态容易产生非线性失真。2022/10/645第45页，本讲稿共56页功率放大电路提高效率的主要途径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。降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态四种工作状态 根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内三极管的导通情况划分内三极管的导通情况划分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于1802022/10/646第46页，本讲稿共56页47(b)乙类乙类

16、class-B amplifier(c)甲乙类甲乙类 class-AB amplifier(d)丙类丙类 class-C amplifier4.分类分类(a)甲类甲类 class-A amplifier四类电路的效率示意图由图知：黄色为电源输出平均功率，四类电路静态（平均）功耗逐步减小，效率提高。2022/10/647第47页，本讲稿共56页4848几类放大器的特点 甲类放大器的工作点设置在放大区的中间,这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态,输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）,缺点是三极管有较大的静态电流ICQ,这时管耗PC大,电路能量转换效率低。乙

17、类放大器的工作点设置在截止区,这时,由于三极管的静态电流ICQ=0,所以能量转换效率高,它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大,非线性失真大。用互补电路弥补。用互补电路弥补。甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区,即三极管处于微导通状态,这样可以有效克服乙类放大电路的交越失真问题,且能量转换效率也较高,目前使用较广泛。2022/10/648第48页，本讲稿共56页 四类电路分析：a与b比静态（平均）功耗减小，输出功率不变，效率提高c与d比静态（平均）功耗不变，输出功率提高，效率提高2022/10/649第49页，本讲稿共56页乙类电路组成乙类电路组成 由一对由一对NPN、PNP特性相

18、同的互特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为供电。这种电路也称为OCL互补功率互补功率放大电路。放大电路。1.电路组成电路组成2.工作原理工作原理 两个三极管在信号正、两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。到一个完整的波形。正半周负半周2022/10/650第50页，本讲稿共56页51乙类输出波形示意图-两管轮流导通，合成完整波形2022/10/651第51页，本讲稿共56页52无输出电容（无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路）乙类互补对称功率放大电路 优点：优点：直接耦合，频率特性好

19、。直接耦合，频率特性好。缺点：缺点：双电源供电。双电源供电。电路组成及工作原理电路组成及工作原理双电源乙类互补功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路,简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。Output Capacitor Less的缩写，意为无输出电容具体功率放大电路具体功率放大电路2022/10/652第52页，本讲稿共56页53OTL乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 优点：优点：单电源供电。单电源供电。缺点：缺点：低频特性差。低频特性差。静静态态时时：基基极极电电位位为为Vcc/2（分分析析见见书书P393），由由于于电电容容C 的的

20、容容量量足足够够大大，若若初初始始电电压压为为0，则则基基极极电电压压通通过过T1管管发发射射结结向向电电容容C充充电，直至近似为电，直至近似为Vcc/2为止。为止。输输入入信信号号正正半半周周电电源源Vcc向向T1管管供供电电；输输入入信信号号负负半半周周，电电容容C上上存存储储的的电电压压Vcc/2向向T2管供电。管供电。OutputTransformerLessAmplifier 无输出变压器（书无输出变压器（书P393）2022/10/653第53页，本讲稿共56页54 因为在因为在ui 为为0时，晶体管已经处于微导时，晶体管已经处于微导通状态，其导通角大于通状态，其导通角大于180o

21、，所以晶体管，所以晶体管处于甲乙类工作状态。处于甲乙类工作状态。思考题：思考题：ui可以从可以从A或或B点接点接入吗？可以，只要入吗？可以，只要ui为为0时，时，晶体晶体管处于微导通状态。管处于微导通状态。甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路乙类互补电路存在乙类互补电路存在交越失真交越失真2022/10/654第54页，本讲稿共56页 分析计算分析计算1.最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pomax忽略忽略VCES时时3.最大管耗和最大输出功率的关系最大管耗和最大输出功率的关系（每个管子最大耐压为（每个管子最大耐压为2VCC）0.2Pom 2.效率公式：效率公式：2022/10/655第55页，本讲稿共56页作业与思考4、OCL、OTL乙类互补对称功率放大电路组成乙类互补对称功率放大电路组成图、工作原理、图、工作原理、特点（优缺点）特点（优缺点）3、几类（甲类、乙类、甲乙类）放大电路的定义、本质和特点、理想效率理想效率-导通角不同，静态偏置不同，效率和失真不同、50%，78%，65%2、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。1、功率放大电路的主要特点和公式、功率放大电路的主要特点和公式-输出功率大，要求效率高输出功率大，要求效率高书P407 8.1.1 8.3.22022/10/656第56页，本讲稿共56页