功率放大电路基础知识讲解crrd.docx

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1、第三章 功率放放大电路路第一节 学习要要求第二二节 功功率放大大电路的的一般问问题第三三节 乙乙类双电电源互补补对称功功率放大大电路第第四节 甲乙类类互补对对称功率率放大器器第一节学学习要求求：1了解解功率放放大电路路的主要要特点及及其分类类；2熟悉常常用功放放电路的的工作原原理及最最大输出出功率和和效率 的计算算；3了解集集成功率率放大电电路及其其应用。本章的重重点：OOCL、OOTL 功率放放大器本章的难难点：功功率放大大电路主主要参数数分析与与计算第二节功率放放大电路路的一般般问题功放放以获得得输出功功率为直直接目的的。它的的一个基基本问题题就是在在电源一一定的条条件下能能输出多多大的信

2、信号功率率。功率率放大器器既然要要有较大大的输出出功率，当当然也要要求电源源供给更更大的注注入功率率。因此此，功放放的另一一基本问问题是工工作效率率问题。即即有多少少注入功功率能转转换成信信号功率率。另外外， 功功放在大大信号下下的失真真，大功功率运行行时的热热稳定性性等问题题也是需需要研究究和解决决的。一、功率率放大电电路的特特点、基基本概念念和类型型1、特点点：(1) 输出功功率大(2) 效率高高(3) 大信信号工作作状态(4) 功率BBJT的的散热22、功率率放大电电路的类类型(1) 甲类功功率放大大器特点： 工作作点Q处处于放大大区，基基本在负负载线的的中间，见见图5.1。 在输输入信

3、号号的整个个周期内内，三极极管都有有电流通通过。 导通通角为3360度度。缺点：效率率较低，即即使在理理想情况况下，效效率只能能达到550%。由于有ICQ的存在，无论有没有信号，电源始终不断地输送功率。当没有信号输入时，这些功率全部消耗在晶体管和电阻上，并转化为热量形式耗散出去；当有信号输入时，其中一部分转化为有用的输出功率。作用：通常常用于小小信号电电压放大大器；也也可以用用于小功功率的功功率放大大器。(2) 乙类功功率放大大器特点： 工作作点Q处处于截止止区。 半个个周期内内有电流流流过三三极管，导导通角为为1800度。 由于于ICQQ=0，使使得没有有信号时时，管耗耗很小，从从而效率率提

4、高。缺点：波形形被切掉掉一半，严严重失真真，如图图5.22所示。作用：用于于功率放放大。(3) 甲乙类类功率放放大器特点： 工作作点Q处处于放大大区偏下下。 大半个个周期内内有电流流流过三三极管，导导通角大大于1880度而而小于3360度度。 由于存存在较小小的ICCQ，所所以效率率较乙类类低，较较甲类高高。 缺点： 波波形被切切掉一部部分，严严重失真真，如图图5.33所示。作用： 用用于功率率放大。返回第三节乙类双双电源互互补对称称功率放放大电路路一、电路路组成在图图5.44所示电电路中，两两晶体管管分别为为NPNN管和PPNP管管，由于于它们的的特性相相近，故故称为互互补对称称管。静态态时

5、，两两管的IICQ=00；有输输入信号号时，两两管轮流流导通，相相互补充充 。既既避免了了输出波波形的严严重失真真，又提提高了电电路的效效率。由于于两管互互补对方方的不足足，工作作性能对对称， 所以这这种电路路通常称称为互补补对称电电路。 二、分分析计算算1. 输输出特性性曲线的的合成因为为输出信信号是两两管共同同作用的的结果， 所以将将T1、T2合成一一个能反反映输出出信号和和通过负负载的电电流的特特性曲线线。合成成时考虑虑到：（11）vii=0时时,VCCEQ11=Vccc ， -VCCEQ22=Vccc， 因因此 QQ1=Q2 。（2）由由流过RRL的电流流方向知知ic11与ic22方向

6、相相反。即即两个纵纵坐标轴轴相反。（3）特性的横坐标应符合：vCE1+vEC2=Vcc-(-Vcc)=2Vcc vCE1的原点与-vCE2=2Vcc点重合；-vCE2的原点与+vCE1=2Vcc点重合。由以上三点，得两管的合成曲线如图5.6所示。这时负载线过Vcc点形成一条斜线，其斜率为-/RL。显然，允许的iC的最大变化范围为2ICm，vCE的变化范围为2（VCC-VCES）=2Vcem=2IcmRL。如果忽略BJT的饱和压降VCES，Vcem=IcmRLVCC。2. 计计算输出出功率PPo在在输入正正弦信号号幅度足足够的前前提下，即即能驱使使工作点点沿负载载线在截截止点与与临界饱饱和点之之

7、间移动动。如图图5.66所示波波形。 输出功功率用输输出电压压有效值值V0和输出出电流II0的乘积积来表示示。设输输出电压压的幅值值为Voom，则则这恰好好是图55.6中中ABBQ的面面积。因因为Ioom=VVom/RRL，所以以图5.5中的的T1 、TT2可以看看成工作作在射极极输出器器状态，AAV1。当当输入信信号足够够大，使使Vimm=Vomm= VVcemm= VVCC- VCEES VCCC和Iomm=Icmm时，可可获得最最大的输输出功率率 由上上述对PPo的讨论论可知，要要提供放放大器的的输出功功率，可可以增大大电源电电压VCCC或降降低负载载阻抗RRL。 但但必须正正确选择择功

8、率三三极管的的参数和和施加必必要的散散热条件件，以保保证其安安全工作作。3.BJJT的管管耗PTT4、电源源提供的的功率5、效率率三、功率率BJTT的选择择1、最大大管耗和和最大输输出功率率的关系系上式表明明：当VVom 0.66VCCC时，BBJT具具有最大大的管耗耗，因此，功功率三极极管的选选择应满满足以下下条件：例题：PP2200，5.2.33已知：vi为正弦弦波，RRL=8WW， VVCESS=0，PPom=99W求 （11）VVCC的最最小值， （2）BJT的ICM、 （3）Pom=9W时的Pv （4）BJT的PCM （5）vi的有效值解(1)(2)BJTT的ICCM Iomm返回第

9、四节甲乙类类互补对对称功率率放大器器图55.5所所示电路路具有电电路简单单，效率率高等特特点，广广泛用于于直流电电机和电电磁阀控控制系统统中。 但由于于BJTT的ICCQ=00, 因因此在输输入信号号幅度较较小时，不不可避免免地要产产生非线线性失真真 -交越失失真，如如图5.7所示示。产生交越越失真的的原因：功率三三极管处处于零偏偏置状态态，即：VBEE1+VBEE2=00 解决办办法：为为消除交交越失真真，可以以给每个个三极管管一个很很小的静静态电流流，这样样既能减减少交越越失真， 又不至至于使功功率和效效率有太太大影响响。就是是说，让让功率三三极管在在甲乙类类状态下下工作。增增大VBBE1

10、+VBEE2。一、甲乙乙类双电电源互补补对称电电路（OOCL）1. 基基本电路路甲乙乙类双电电源互补补对称电电路如图图5.88所示。其其中图55.8（aa）所示示的偏置置电路是是克服交交越失真真的一种种方法。由由图可见见， TT3组成前前置放大大级(注注意,图图中末画画出T33的偏置置电路),T11和T2组成互互补输出出级。静静态时,在D11、D2上产生生的压降降为T11、 TT2提供了了一个适适当的偏偏压,使使之处于于微导通通状态。由由于电路路对称，静静态时iic1=iic2,iiL=0, voo=0。有有信号时时，由于于电路工工作在甲甲乙类, 即使使vI很小(D1和D2的交流流电阻也也小)

11、， 基本上上可线性性地进行行放大。上述偏置方法的缺点是，其偏置电压不易调整。而在图 5.8（b）中， 流人T4的基极电流远小于流过 R1、 R2的电流， 则由图可求出VCE4=VBE4(R1+R2)/R2，因此，利用T4管的VBE4基本为一固定值(硅管约为0.60.7V)，只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。这种方法，在集成电路中经常用到。2. 特特点：图55.9是是用NPPN管驱驱动的OOCL电电路，其其特点与与图5.8所示示电路一一样。（1） 静态时时RL上无电电流 ；（22） DD1、D2（或RR，或RR、D）供供给T11、T2两管一一定的正正偏压，使使两管处处于微

12、导导通状态态 ；（33） RRC是T3的集电电极负载载电阻， A、BB两点的的直流电电位差始始终为11.4VV左右，但但交流电电压的变变化量相相等；（44）电路路要求TT1、T2的特性性对称；（55）需要要使用对对称的双双电源。二、甲乙乙类双电电源互补补对称电电路（OOTL）1、基本本电路图55.100是采用用一个电电源的互互补对称称原理电电路， 图中由由T3组成前前置放大大级，TT1和T2组成互互补对称称电路输输出级。静静态时，一一般只要要R1、R2有适当当的数值值，就可可使ICC3、VVB2和VV1达到所所需大小小，给TT1和T2提供一一个合适适的偏置置，从而而使K点点电位VVK=VCCC

13、/2。当有有信号vvi时， 在信号号的负半半周， T1导电，有有电流通通过负载载RL,同时时向C充充电；在在信号的的正半周周，T22导电，则则己充电电的电容容C起着着图5.8中电电源-VVCC的作作用，通通过负载载RL放电，如如图5.11所所示。 只要选选择时间间常数RRLC足够够大(比比信号的的最长周周期还大大得多)， 就就可以认认为用电电容C和和一个电电源VCCC可代代替原来来的+VVCC和-VCCC两个电电源的作作用。2. 电电路特点点（11） 静静态时RRL上无电电流 ；（22） DD1、D2（或RR，或RR、D）供供给T11、T2两管一一定的正正偏压，使使两管处处于微导导通状态态 ，

14、即即工作于于甲乙类类状态；（33） RRC3是TT3的集电电极负载载电阻，bb1、b2两点的的直流电电位差始始终为11.4VV左右，但但交流电电压的变变化量相相等；（44）仅需需使用单单电源，但但增加了了电容器器C,CC的选择择要满足足? =RLC足够够大（比比vi的最大大周期还还要大得得多），使使VC=0.5VCCC；（55）T33的偏置置电压取取自K点点,具有有自动稳稳定Q点点的作用用，调节节R2可以调调整VKK。3. 静静态工作作点的调调整电路路如图55.122所示。（1） VC=0.5VCCC 的的调整用电电压表测测量K点点对地的的电压，调调整R22使VK=0.5VCCC。（2）静静态

15、电流流IC11、IC22的调整整首首先将RRW的阻值值调到最最小，接接通电源源后， 在输入入端加入入正弦信信号用示示波器测测量负载载RL两端的的电压波波形， 然后调调整RWW，输出出波形的的交越失失真刚好好消失为为止。4、存在在的问题题及解决决办法（1）存存在问题题上上述情况况是理想想的。实实际上，图图5.110的输输出电压压幅值达达不到VVom= Vomm/2，这这是因为为当vii为负半半周时，TT1导电，因因而iBB1增加加，由于于RC33上的压压降和VVBE11的存在在，当KK点电位位向+VVCC接近近时，TT1的基流流将受限限制而不不能增加加很多，因因而也就就限制了了T1输向负负载的电

16、电流，使使RL两端得得不到足足够的电电压变化化量，致致使Voom明显显小于VVCC/22。（2）改改进办法法如如果把图图5.110中DD点电位位升高， 使VDD+VVCC， 例如将将图中DD点与+VCCC的连线线切断，VVD由另一一电源供供给，则则问题即即可以得得到解决决。通常常的办法法是在电电路中引引人R33、C3等元件件组成的的所谓自自举电路路，如图图5.113所示示。（33）自举举电路的的作用静静态时当RR3C3足够大大时，VVC3不随随vi变化，可可认为基基本不变变。这样样，当vvi为负时时，T11导电， vK将由VVCC/22向更正正方向变变化， 考虑到到vD=vC33+vK= VV

17、C3+vvK，显然然，随着着K点电电位升高高，D点点电位vvD也自动动升高。 因而，即即使输出出电压幅幅度升得得很高，也也有足够够的电流流iB11，使TT1充分导导电。这这种工作作方式称称为自举举，意思思是电路路本身把把vD提高了了。5、几点点说明（11）由于于T1、T2的工作作电压均均为0.5Vccc，因因而POO、PT、PV等的计计算，只只须将乙乙类互补补电路指指标计算算中的VVcc代之之以0.5Vccc即可可。（2）由由于互补补对称电电路中的的晶体管管都采用用共集电电极的接接法， 所以输输入电压压必须稍稍 大于于输出电电压。为为此，输输入信号号需经11- 22 级电电压放大大后，再再用来驱驱动互补补对称功功率放大大器。（33）应采采取复合合管解决决功率互互补管的的配对问问题。 异型管管的大功功率配对对比同型型管的大大功率配配对困难难。为此此，常用用一对同同型号的的大功率率管和一一对异型型号的互互补的小小功率管管来构成成一对复复合管取取代互补补对称管管 。复合合管的连连接形式式如5.145.116所示示，其等等效电流流放大系系数和输输入阻抗抗可以表表示为：（44）必要要时注意意增加功功率管保保护电路路。返回