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'模电课件第八章 本章主要内容基本概念：①三极管的甲类、乙类和甲乙类工作状态；②交越失真PO（输出功率）；POM（最大输出功率）；PV（电源供给的功率）=PO+PT；本章主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法及计算。PT（管耗）η（效率）=PO/PV；双电源互补对称电路工作在乙类时，BJT器件安全工作必须要满足的极限参数（3个）：PCM，│V(BR)CEO│，ICM 目录8.1功率放大电路的一般问题8.2射极输出器——甲类放大的实例8.5集成功率放大器返回8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.3乙类双电源互补对称功率放大电路 非线性失真要小；管耗较大，要考虑散热问题；功放管的保护问题。注意一点由于功放管处于大信号下工作，故分析功率放大电路时通常采用图解法。 四.功率放大电路提高效率的主要途径问题1原来的共射放大电路能不能用作功率放大电路？【分析】QICQ电压放大电路中Q点要尽可能设置到中间的位置，且在没有交流信号输入时，仍存在静态量IBQ，ICQ，VCEQ Q【参见教材P383图8.1.1(a)】ICQ甲类放大电路的特点：称为甲类放大电路在整个周期内都有电流流过放大器件，即在一周期内iC>0。甲类放大电路的缺点：①管耗大故电压放大电路不适宜作为功率放大电路！②效率低ηmax=50% 【分析】问题2那么，怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出功率，进而提高转换效率η呢？Q【参见教材P383图8.1.1(b)】应尽量减小静态功耗使IBQ↓，ICQ↓Q点↓iC波形产生失真称为甲乙类放大电路 为得到高效率，先不管iC波形的失真，继续使Q点降低至极限情况——落到横轴上。Q【参见教材P383图8.1.1(c)】称为乙类放大电路乙类放大电路的特点：①在一个周期内只有半个周期iC>0。②ηmax=78.5%缺点：波形失真严重 Q【参见教材P383图8.1.1(b)】甲乙类放大电路的特点：称为甲乙类放大电路在一个周期内有半个周期以上iC>0。甲乙类放大电路的缺点：iC波形会产生失真 丙类放大电路：在一个周期内有半个周期以上iC<0。丙类放大电路的应用：高频调谐大功率电路 思考题：功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？消耗在管耗上。提高功放效率的根本途径是减小功放管的功耗。思考题：功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产生交越失真。 8.2射极输出器——甲类放大的实例简化电路带电流源详图的电路图特点：电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。 电压与输入电压的关系设T1的饱和压VCES≈0.2VvO正向振幅最大值vO负向振幅最大值若T1首先截止若T3首先出现饱和 VBIAS=0.6V当放大器的效率效率低【参见教材P385图8.2.1(b)】 唯一的办法就是在电路结构上做文章，于是引出：问题3如何解决提高了效率却使电路波形产生严重失真的矛盾呢？8.3乙类双电源互补对称功率放大电路 一.结构互补对称：电路中采用两个双极性三极管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。8.3乙类双电源互补对称功率放大电路【参见教材P387图8.3.1(a)】OCL:OutputCapacitorless【无输出电容器】 RLui-VCCT2二.工作原理（设ui为正弦波）先单独分析一下T1和T2：RLui+-VBE前提：忽略b、e间压降，即：视VBE=0。∵是射极输出∴为电压跟随器T1T2ui＞0时，T1导通；ui≤0时，T1不导通ui＜0时，T2导通；ui≥0时，T2不导通二者可以互补输出 静态时：ui=0V综合分析该互补输出电路iC2iC1ic1、ic2均=0（乙类工作状态）uo=0V——没有电流，故没有消耗，从而解决了静态功耗的问题 动态时：ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1;综合分析该互补输出电路iC1 动态时：ui0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个管子交替承担放大任务，在负载上得到完整的正弦波。综合分析该互补输出电路iC2组成“推挽式电路”Why？ 三.组合特性分析——图解法【参见教材P388图8.3.2】Icm2Icm2VcemVcem=UCES1VcciC的最大变化范围应为ICM总=2IcmvCE的变化范围应为Vcem总=2Vcem=2IcmRL负载上的最大不失真电压Vom 最大不失真输出功率Pom输出功率Po四.电路参数计算设Vom为输出电压的最大值，即幅值，则有效值Vo为：∵，若忽略UCES则这里需熟记 一个管子的管耗管耗PT两管管耗设输出电压为而这里需熟记 求最大管耗PTM用求极限的方法求解：对Vom求导，令导数为0。因时具有最大管耗。即： 该公式用来求最大管耗而已求得则体现的是最大管耗和最大输出功率之间的关系。这里需熟记选管依据之一 电源供给的最大功率直流电源供给的功率PV当PV一部分供给负载输出：另一部分供给管耗： 效率最高效率max可见效率与负载RL无关这里需熟记 五.选功率BJT管的原则最大允许管耗PCM必须大于PT1m≈0.2Pom；应选用│V(BR)CEO│>2VCC；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。【请课后自学教材P390例8.3.1】 乙类互补对称放大电路的输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压考虑实际电路中VBE≠0Si:约0.6VGe:约0.2V 问题4可见，利用乙类双电源互补对称电路在一定程度上解决了效率和电路波形产生严重失真的矛盾，但是这类电路还存在着一个不可克服的缺点：交越失真！如何解决交越失真的问题呢？8.4甲乙类互补对称功率放大电路措施：修改电路，想办法解决交越失真的问题。 8.4甲乙类互补对称功率放大电路返回一.甲乙类双电源互补对称电路【OCL互补对称电路（OutputCapacitorless）】解决方法：设法建立合适的Q点，使两只三极管T1和T2均工作在临界导通或称微导通状态。因此想到利用二极管进行偏置，从而可以克服交越失真。 静态偏置可克服交越失真动态工作情况二极管等效为恒压模型设T3已有合适的静态工作点交流相当于短路【参见教材P393图8.4.2】 voviT3Re3Rc3D1D2【参见教材P393图8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：静态时，即vi＝0T3必导通。看直流通路：从+VCC经Re3、T3、D1、D2、RC3到-VCC形成一个通路，则：T1和T2均处于微导通状态 voviT3Re3Rc3D1D2【参见教材P393图8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：两管分别有一个微小的基极电流IB1和IB2导致两管集电极分别有微小的电流IC1和IC2从而建立了一个在输出特性曲线上较低的Q点——电路处于甲乙类工作状态。 voviT3Re3Rc3D1D2【参见教材P393图8.4.2】iC1iC2iLiB1iB2B1B2分析工作原理：动态时，设vi=VmSinωtvi>0，即正半周时T1导通，T2截止；T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；T2导通，T1截止；T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。Vi<0，即负半周时B1和B2可近似视为一点 T1和T2管在vi作用下输入特性中的图解分析可见，两只管子的导通时间都比输入信号的半个周期长，即在信号电压很小时，两只管子同时导通，因而它们工作在甲乙类状态。输入信号 问题5前面讲的这个电路解决了乙类放大电路的交越失真问题，但它也存在一个缺点：由于D1、D2的导通压降是固定的，故电路的偏置电压不可调。如何解决这个问题？引出了前面电路的改进电路，如下： 改进电路：voviT3Re3Rc3【参见教材P393图8.4.3】iC1iC2iLiB1iB2B2B1R1*R2T4-+VCE4VBE4+-将D1、D2的位置换成一个三极管T4。只考虑改进部分：∵∴而VBE4固定(Si:0.6~0.7V)，故调整R1与R2的比值就可改变T1与T2间偏置电压。电路缺点：双电源！ 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】单电源供电输出大电容代替原来负电源供电 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】分析工作原理静态时，即vi＝0合理设置R1、R2有适当的数值，可使K点电位VK=VC=VCC/2。T3导通，D1、D2导通T1、T2微导通 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】IB3VB3VB2VB1VKIC3为了提高电路工作点的稳定性能，引入一负反馈。若温度变化使VK↑，则有：VK↑→VB3↑→IB3↑IC3↑↓VC3↓↓VB2↓←VK↓←使VK趋于稳定 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】动态时，设vi=VmSinωtT1导通、T2截止，有电流通过RL向C充电T1截止、T2导通，已充电的C通过RL放电，电容起到了负电源的作用。vi>0，即正半周时vi<0，即负半周时 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】电路参数的计算前面计算各参数的公式中的VCC都要用VCC/2来代替方可。电路的优点解决了互补对称电路工作点的偏置和稳定问题，实现单电源供电。 二.甲乙类单电源互补对称电路RC3ReCeR2R1D1D2C1CKDb1b2b3vivo+++T3【参见教材P394图8.4.4】电路存在的问题实际电路很难达到理想的输出电压幅值Vom≈VCC/2，而明显小于VCC/2【自行分析现象原因】 本章小结归纳一下本章的线索：电压放大电路(甲类放大电路)为了提高转换效率引出了乙类、甲乙类放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路为解决波形失真问题为了解决交越失真问题甲乙类双电源互补对称功率放大电路(可利用二极管或vBE扩大电路进行偏置)甲乙类单电源互补对称功率放大电路为解决电路工作点偏置和稳定问题，及双电源的缺点为解决输出电压Vom