清华模拟电子技术基础第4章.ppt
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1、第一节第一节 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点对放大电路的要求对放大电路的要求对放大电路的要求对放大电路的要求放大电路中三极管的工作状态放大电路中三极管的工作状态放大电路中三极管的工作状态放大电路中三极管的工作状态放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电路的分析方法下页下页总目录总目录在一些电子设备中,常要求放大电路的输出级能在一些电子设备中,常要求放大电路的输出级能在一些电子设备中,常要求放大电路的输出级能在一些电子设备中,常要求放大电路的输出级能带动某种负载,因而要求放大电路有足够大的输带动某种负载,因而要求放大电路有足够大的输带动某种负载,因而要求放大电路
2、有足够大的输带动某种负载,因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为出功率。这种放大电路通称为出功率。这种放大电路通称为出功率。这种放大电路通称为功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器。1.1.根据负载要求,提供足够的输出功率。根据负载要求,提供足够的输出功率。根据负载要求,提供足够的输出功率。根据负载要求,提供足够的输出功率。最大输出功率最大输出功率最大输出功率最大输出功率P Pomom :在正弦输入信号下,输出波形不超过规定的非线性失真指标时,在正弦输入信号下,输出波形不超过规定的非线性失真指标时,在正弦输入信号下,输出波形不超过规定的非线性失真指标时,在正弦输入信号下,输出
3、波形不超过规定的非线性失真指标时,放大电路最大输出放大电路最大输出放大电路最大输出放大电路最大输出电压电压电压电压和最大输出和最大输出和最大输出和最大输出电流电流电流电流有效值有效值有效值有效值的乘积。的乘积。的乘积。的乘积。2 21 1U UcemcemI Icmcm=2 2 I Icmcm2 2P Pomom=U Ucemcem共射接法下共射接法下共射接法下共射接法下一、对放大电路的要求下页下页上页上页首页首页式中式中式中式中 p po o 为放大电路输出给负载的功率,为放大电路输出给负载的功率,为放大电路输出给负载的功率,为放大电路输出给负载的功率,而而而而 p pv v 为直流电源为直
4、流电源为直流电源为直流电源V VCCCC所提供的功率。所提供的功率。所提供的功率。所提供的功率。p po op pv v =放大电路的效率可表示为放大电路的效率可表示为放大电路的效率可表示为放大电路的效率可表示为2.2.具有较高的效率。具有较高的效率。具有较高的效率。具有较高的效率。下页下页上页上页首页首页如果功率放大电路的效率不高,不仅造成能量的浪如果功率放大电路的效率不高,不仅造成能量的浪如果功率放大电路的效率不高,不仅造成能量的浪如果功率放大电路的效率不高,不仅造成能量的浪费,而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热费,而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热费,而且消耗在放大电路内部的
5、电能将转换成为热费,而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热量,使管子、元件等温度升高,因而不得不选用较量,使管子、元件等温度升高,因而不得不选用较量,使管子、元件等温度升高,因而不得不选用较量,使管子、元件等温度升高,因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备,很不经济。大容量的放大管和其他设备,很不经济。大容量的放大管和其他设备,很不经济。大容量的放大管和其他设备,很不经济。3.3.当功率放大电路工作时,应当功率放大电路工作时,应当功率放大电路工作时,应当功率放大电路工作时,应防止三极管的工作点超防止三极管的工作点超防止三极管的工作点超防止三极管的工作点超出安全工作区的范围出安全工作区的范围
6、出安全工作区的范围出安全工作区的范围。选用放大三极管时,极限参数。选用放大三极管时,极限参数。选用放大三极管时,极限参数。选用放大三极管时,极限参数应留有一定的余地。并根据手册安装合适的散热器。应留有一定的余地。并根据手册安装合适的散热器。应留有一定的余地。并根据手册安装合适的散热器。应留有一定的余地。并根据手册安装合适的散热器。下页下页上页上页二、放大电路中三极管的工作状态1.1.功放电路中,三极管工作在大信号状态,功放电路中,三极管工作在大信号状态,功放电路中,三极管工作在大信号状态,功放电路中,三极管工作在大信号状态,使得管子的特性曲线的使得管子的特性曲线的使得管子的特性曲线的使得管子的
7、特性曲线的非线性问题非线性问题非线性问题非线性问题充分暴露出来。充分暴露出来。充分暴露出来。充分暴露出来。首页首页2.2.电源提供的功率除了消耗在负载上外,其余部分基电源提供的功率除了消耗在负载上外,其余部分基电源提供的功率除了消耗在负载上外,其余部分基电源提供的功率除了消耗在负载上外,其余部分基本消耗在放大管上,应使管消耗功率尽可能小。为此本消耗在放大管上,应使管消耗功率尽可能小。为此本消耗在放大管上,应使管消耗功率尽可能小。为此本消耗在放大管上,应使管消耗功率尽可能小。为此通常使管在通常使管在通常使管在通常使管在静态时工作在临界导通,甚至截止状态静态时工作在临界导通,甚至截止状态静态时工作
8、在临界导通,甚至截止状态静态时工作在临界导通,甚至截止状态,使其直流功耗趋于零。从这一点看,前述各电路均不使其直流功耗趋于零。从这一点看,前述各电路均不使其直流功耗趋于零。从这一点看,前述各电路均不使其直流功耗趋于零。从这一点看,前述各电路均不适合做功放。适合做功放。适合做功放。适合做功放。三极管的安全工作区三极管的安全工作区三极管的安全工作区三极管的安全工作区过流区过流区过流区过流区i iC Cu uCECE=P PCMCM过过过过压压压压区区区区安安安安 全全全全工作区工作区工作区工作区I ICMCM过过过过损损损损耗耗耗耗区区区区U U(BR)CEO(BR)CEOi iC C/mA/mA
9、O Ou uCECE/V/V极限参数极限参数极限参数极限参数a.a.集电极最大允许集电极最大允许集电极最大允许集电极最大允许电流电流电流电流 I ICMCMb.b.集电极最大允许集电极最大允许集电极最大允许集电极最大允许耗散功率耗散功率耗散功率耗散功率 P PCMCMc.c.极间反向击穿电压极间反向击穿电压极间反向击穿电压极间反向击穿电压集射反向击穿电压集射反向击穿电压集射反向击穿电压集射反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO集基反向击穿电压集基反向击穿电压集基反向击穿电压集基反向击穿电压U U(BR)CBO(BR)CBO在功率放大电路中,在功率放大电路中,在功率放大电路中,在功率放大
10、电路中,由于三极管的工作点在大范围内变化,由于三极管的工作点在大范围内变化,由于三极管的工作点在大范围内变化,由于三极管的工作点在大范围内变化,因此,对电路进行分析时,因此,对电路进行分析时,因此,对电路进行分析时,因此,对电路进行分析时,一般一般一般一般不能采用微变等效电路法不能采用微变等效电路法不能采用微变等效电路法不能采用微变等效电路法,常采用常采用常采用常采用图解法图解法图解法图解法分析放大电路的静态和动态工作情况。分析放大电路的静态和动态工作情况。分析放大电路的静态和动态工作情况。分析放大电路的静态和动态工作情况。下页下页上页上页三、放大电路的分析方法根据功率放大电路的上述特点,可以
11、组成功率放大的具体电路。根据功率放大电路的上述特点,可以组成功率放大的具体电路。根据功率放大电路的上述特点,可以组成功率放大的具体电路。根据功率放大电路的上述特点,可以组成功率放大的具体电路。考虑电路的具体形式时,考虑电路的具体形式时,考虑电路的具体形式时,考虑电路的具体形式时,主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率,主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率,主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率,主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率,并尽量减小输出波形的非线性失真。并尽量减小输出波形的非线性失真。并尽量减小输出波形的非线性失真。并尽量减小输出波
12、形的非线性失真。首页首页传统功放多采用变压器耦合方式,目前应用的有:传统功放多采用变压器耦合方式,目前应用的有:OTL电路电路:无输出变压器功率放大电路:无输出变压器功率放大电路 output transformerlessOCL电路电路:无输出电容的功率放大电路:无输出电容的功率放大电路 output capacitorlessBTL电路电路:桥式推挽电路:桥式推挽电路 balanced transformerless上述三种电路均采用射极输出方式,即共集接法。上述三种电路均采用射极输出方式,即共集接法。(输出电阻低,带负载能力强输出电阻低,带负载能力强)功率放大电路的分类功率放大管的工作状
13、态甲类甲类:在信号整个周期中,放大管均导通。:在信号整个周期中,放大管均导通。360(不使用)(不使用)乙类乙类:放大管仅在信号半个周期导通。:放大管仅在信号半个周期导通。180 甲乙类甲乙类:放大管导通时间大于半个周期。:放大管导通时间大于半个周期。180 0 0时时时时VTVT1 1导通导通导通导通VTVT2 2截止。截止。截止。截止。u ui i 0 0时工作点沿时工作点沿时工作点沿时工作点沿QAQA上移。上移。上移。上移。u ui i 0 0时工作点沿时工作点沿时工作点沿时工作点沿QBQB下移。下移。下移。下移。U Ucemcem=V VCCCC-U UCESCES若若若若VTVT1
14、1、VTVT2 2对称对称对称对称下页下页上页上页二、互补对称电路主要参数的估算1.OCL1.OCL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算首页首页-u-uCE2CE2Q Qi iC1C1O Oi iC C2 2u uCE1CE1A AO OB B OCL互补电路的图解法互补电路的图解法I Icm1cm1I Icm2cm2U Ucem1cem1U UCESCESV VCCCCR RL LV VCCCCU Ucem cem=V VCCCC U UCESCES P Pom om 2 2R RL LV V2 2CCCCP Pomom=2
15、 21 1R RL LU U2 2cemcem2 21 1R RL L(V VCCCC U UCESCES)2 2下页下页上页上页(1 1)最大输出功率)最大输出功率)最大输出功率)最大输出功率当满足条件当满足条件当满足条件当满足条件U UCES CES 0.2 0.2 P Pomom 首页首页U Ucemcem=2 2V VCCCCU UCESCES若若若若VTVT1 1、VTVT2 2对称对称对称对称下页下页上页上页2.OTL2.OTL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算2 2首页首页-u-uCE2CE2Q Qi iC C
16、1 1O Oi iC C2 2u uCE1CE1A AO OB B OTL互补对称电路的图解法互补对称电路的图解法I Icm1cm1I Icm2cm2U Ucem1cem1U UCESCESV VCCCC交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线2 2R RL LV VCCCCP Pomom=U Ucem cem I Icmcm=2 21 12 21 1R RL LU U2 2cemcemP Pom om 8 81 1R RL LV V2 2CCCCP PV V=I Icmcmsinsinttd(d(tt)2 2V VCCCC 1 1 0 0P PomomP Pv v =78.5%78.5%8
17、81 1R RL LV V2 2CCCC22R RL LV V2 2CCCC4 4 2 21 1R RL L(V VCCCC/2 2 U UCESCES)2 2=若满足若满足若满足若满足U UCESCES 0.2 0.2 P Pomom 首页首页ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态甲类工作状态晶体管在输入信号晶体管在输入信号的整个周期都导通的整个周期都导通静态静态IC较大,波形好较大,波形好,管耗大效率低。管耗大效率低。乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状
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