《功率放大電路 》PPT課件

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1、1 第 8章 功 率 放 大 電 路第 8章 功 率 放 大 電 路8.1 功 率 放 大 電 路 的 特 點(diǎn) 與 分 類8.3 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 率 放 大 電 路 2 第 8章 功 率 放 大 電 路8.1 功 率 放 大 電 路 的 特 點(diǎn) 與 分 類 以 提 供 負(fù) 載 足 夠 大 的 功 率 為 主 要 目 的 的 放 大 器 ， 稱 為功 率 放 大 器 。 從 能 量 控 制 的 觀 點(diǎn) 來(lái) 看 ， 功 率 放 大 器 和 電 壓 放 大 器沒(méi) 有 本 質(zhì) 的 區(qū) 別 。 但 是 ， 兩 者 所 要 完 成 的 任 務(wù) 不 同 。 電壓 放 大 器 的 主 要 要 求

2、是 使 負(fù) 載 得 到 不 失 真 的 電 壓 信 號(hào) ，討 論 的 主 要 指 標(biāo) 是 電 壓 放 大 倍 數(shù) 、 輸 入 和 輸 出 電 阻 等 ，輸 出 功 率 并 不 一 定 大 。 而 功 率 放 大 器 則 不 同 ， 它 主 要 要求 獲 得 一 定 的 不 失 真 的 輸 出 功 率 ， 通 常 是 在 大 信 號(hào) 狀 態(tài)下 工 作 ， 因 此 ， 功 率 放 大 器 包 含 著 一 系 列 電 壓 放 大 器 中 沒(méi) 有 過(guò) 的 特 殊 問(wèn) 題 。 3 第 8章 功 率 放 大 電 路1.功 率 放 大 電 路 的 特 點(diǎn) (1) 輸 出 功 率 盡 可 能 大 。 晶 體

3、管 常 常 在 接 近 極 限 運(yùn) 用 狀 態(tài) 下 工 作 。 (2) 能 量 轉(zhuǎn) 換 效 率 要 高 。 效 率 為 負(fù) 載 所 得 到 的 有 用 信 號(hào) 功 率 和 電 源 供 給 的 直流 功 率 的 比 值 。 一 般 輸 出 電 流 都 比 較 大 。 (3)非 線 性 失 真 要 小 。 放 大 器 工 作 在 大 信 號(hào) 下 ， 不 可 避 免 地 會(huì) 產(chǎn) 生 非 線 性 失 真 ，而 且 對(duì) 同 一 功 放 管 輸 出 功 率 越 大 ， 則 非 線 性 失 真 越 嚴(yán) 重 。所 以 輸 出 功 率 和 非 線 性 失 真 成 為 一 對(duì) 主 要 矛 盾 。 4 第 8章 功

4、 率 放 大 電 路(4)要 考 慮 功 放 管 的 安 全 工 作 的 問(wèn) 題 。 (5)以 圖 解 法 為 主 要 的 分 析 方 法 。 注 意 ： 因 為 在 大 信 號(hào) 下 工 作 ， 所 以 小 信 號(hào) 等 效 電 路 模 型 不再 適 用 。 5 第 8章 功 率 放 大 電 路2.工 作 狀 態(tài) 分 類 （ 根 據(jù) 直 流 工 作 點(diǎn) 的 位 置 不 同 ）甲 類 （ A類 ） ： 工 作 點(diǎn) Q設(shè) 在 放 大 區(qū) ， 對(duì) 于 輸 入信 號(hào) 為 正 弦 波 的 整 個(gè) 周 期 內(nèi) ic0， 即 三 極 管 在 整個(gè) 周 期 都 導(dǎo) 通 。 因 此 導(dǎo) 通 角 =。 iC t0

5、iC uBE Q 0 (a)甲 類 (導(dǎo) 通 角 為 180 ) 6 第 8章 功 率 放 大 電 路乙 類 （ B類 ） ： 工 作 點(diǎn) 選 在 截 止 點(diǎn) ， ICQ=0， 因 此 只有 在 輸 入 信 號(hào) 的 半 個(gè) 周 期 內(nèi) 有 ic， 導(dǎo) 通 角 =/2。 iC t 0 iC uBE Q (b) 2 0 (b)乙 類 (導(dǎo) 通 角 為 90 ) 7 第 8章 功 率 放 大 電 路 iC t 0 iC uBE Q (c) 0(c)丙 類 (導(dǎo) 通 角 90 ) 丙 類 （ C類 ） ： Q點(diǎn) 在 選 在 截 止 區(qū) 以 內(nèi) ， 晶 體 管 只 有不 到 半 周 導(dǎo) 通 （ 導(dǎo) 通

6、角 小 于 90o） ,導(dǎo) 通 角 0/2。 8 第 8章 功 率 放 大 電 路甲 乙 類 （ AB類 ） ： 工 作 點(diǎn) 選 在 放 大 區(qū) 中靠 近 截 止 區(qū) 的 地 方 ， 導(dǎo) 通 角 /20。ui為 負(fù) 半 周 時(shí) ， V1截 止 ； V2導(dǎo) 通 。 iC2流 出 負(fù) 載 uo0。 18 第 8章 功 率 放 大 電 路圖 8.3.1 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 率 放 大 電 路 的 原 理 電 路 該 電 路 具 有 以 下 特 點(diǎn) :（ 1） 電 源 靜 態(tài) 功 耗 為 零 ； （ V 1、 V2截 止 ）（ 2） 兩 只 晶 體 管 交 替 導(dǎo) 通 ， 合 成 一 個(gè) 不

7、失 真 的 輸 出 信 號(hào) ;（ 3） 帶 負(fù) 載 能 力 強(qiáng) 。 （ CC組 態(tài) ） 19 第 8章 功 率 放 大 電 路 2. 功 率 與 效 率 的 計(jì) 算 電 路 的 負(fù) 載 線 和 工 作 點(diǎn) 位 置 如 圖 8.3.2所 示 。 圖 8.3.2 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 放 的 輸 出 特 性 (a)V1的 輸 出 特 性 ； (b) V2的 輸 出 特 性 20 第 8章 功 率 放 大 電 路 圖 8.3.2 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 放 的 輸 出 特 性 (c) 組 合 輸 出 特 性 21 第 8章 功 率 放 大 電 路 (1)輸 出 交 流 功 率 Po V1、

8、 V2為 半 周 工 作 ， 但 負(fù) 載 電 流 卻 是 完 整 的 正 弦 波 。令 ， 稱 之 為 電 壓 利 用 系 數(shù) ， 那 么 式 (8.3.3)可 改 寫(xiě) 為om CCUU 21 1 12 2 2 omo cm cem cm om LUP I U I U R (8.3.3) 信 號(hào) 越 大 ， Uo增 大 ， 電 壓 利 用 率 也 增 大 。 若 忽 略集 電 極 飽 和 電 壓 ， 則 最 大 =1， 故 最 大 輸 出 功 率 Pom為 212 CC om LUP R (8.3.5) (8.3.4) 2 212 CCo LUP R 22 第 8章 功 率 放 大 電 路(2

9、)電 源 提 供 的 功 率 PE有 信 號(hào) 輸 入 時(shí) ， 兩 個(gè) 晶 體 管 輪 流 工 作 半 個(gè) 周 期 ， 每 個(gè)晶 體 管 的 集 電 極 電 流 平 均 值 為當(dāng) 信 號(hào) 最 大 時(shí) ， U omUCC， 所 以 電 源 輸 出 的 最 大 功 率 為 LCCEm RUP 22 (8.3.8) c(av) cm cm01 1sin d2 I I t t I （ 8-3-6） 由 于 每 個(gè) 電 源 只 提 供 半 個(gè) 周 期 的 電 流 ， 所 以 兩 組 電源 供 給 的 總 功 率 為 CCE CC c(av) CC cm2 22 omLU UP U I U I R （ 8-

10、3-7） 23 第 8章 功 率 放 大 電 路 (3)每 管 轉(zhuǎn) 換 能 量 的 效 率 2122 2 4 42 omo o omLE CC omE CC LUP P URP U UP UR (8.3.9) 當(dāng) 輸 出 信 號(hào) 最 大 時(shí) ， =1， 效 率 達(dá) 到 最 高 ： %5.784 m可 見(jiàn) ， 乙 類 工 作 的 效 率 遠(yuǎn) 比 甲 類 的 高 。 24 第 8章 功 率 放 大 電 路(4)每 個(gè) 管 子 損 耗 PT 212 2 4o CC om omET L LP U U UPP R R 可 見(jiàn) ， 每 個(gè) 管 子 的 損 耗 PT是 輸 出 信 號(hào) 振 幅 的 函數(shù) 。

11、將 PT對(duì) Uom求 導(dǎo) ， 可 得 出 最 大 管 耗 PTm。 令1 1( ) 02 CCT omom L UdP UdU R 得 出 ， 當(dāng) 時(shí) ， 每 管 的 損 耗 最 大 ： 2om CCU U 22 21 2 1 2 1 ( ) 4CC CCTm CC CCL LU UP U UR R 25 第 8章 功 率 放 大 電 路 重 要 結(jié) 論 ， 即 PTm與 最 大 輸 出 功 率 的 關(guān) 系 為 22 2 21 2 0.212 CCTm LCCom LUP RUP R (8.3.13) 式 (8.3.13)提 供 了 選 擇 功 率 管 功 耗 的 依 據(jù) 。 例 如 ，負(fù) 載

12、 要 求 的 最 大 功 率 Pom=10W， 那 么 只 要 選 一 個(gè) 功 耗PTm大 于 0.2Pom=2W的 功 率 管 就 行 了 。 26 第 8章 功 率 放 大 電 路 3.選 擇 功 率 管 為 保 證 晶 體 功 率 管 的 安 全 和 輸 出 功 率 的 要 求 ， 電源 及 輸 出 功 率 管 參 數(shù) 的 選 擇 原 則 如 下 ： (1)已 知 Pom及 RL， 選 UCC， 則212 2 CCom LCC om LUP RU P R (819) (2)已 知 Pom， 選 擇 管 子 允 許 的 最 大 功 耗 PCM。管 子 允 許 的 最 大 功 耗 0.2 C

13、M Tm omP P P (8.3.16) 27 第 8章 功 率 放 大 電 路 (3)管 子 的 擊 穿 電 壓 U(BR)CEO。 當(dāng) 信 號(hào) 最 大 時(shí) ， 一 管 趨 于 飽 和 ， 而 另 一 管 趨 于 截止 ， 截 止 管 承 受 的 最 大 反 壓 為 UCC+|UEE|=2UCC， 所 以(4)管 子 允 許 的 最 大 電 流 ICM。CCCEOBR UU 2)( (8.3.14) (8.3.15) CCCM cm LUI I R 28 第 8章 功 率 放 大 電 路4. 乙 類 互 補(bǔ) 推 挽 功 率 放 大 電 路 的 交 越 失 真圖 8.3.4 交 越 失 真

14、29 第 8章 功 率 放 大 電 路 (a) (b) RC VD 1VD2 V1V2V 3 UCC ui +_ RC V1 V2V3 UCC ui +_ AI1I 2R1R2 B RLRL-U EE -UEE V4圖 8.3.5 消 除 交 越 失 真 的 互 補(bǔ) 推 挽 電 路(a) 利 用 二 極 管 提 供 偏 置 (b)利 用 晶 體 管 恒 壓 源 提 供 偏 置 30 第 8章 功 率 放 大 電 路 圖 8.3.6 引 入 偏 置 后 的 合 成 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 及 合 成 波 形 31 第 8章 功 率 放 大 電 路 32 第 8章 功 率 放 大 電 路圖 8.3

15、.7 例 8.3.1圖 33 第 8章 功 率 放 大 電 路 2 2 2 2om o io L L L1 12 36(W )2 4U U UP R R R oE C C c(av) C C cm C CL2 222 2 2 12 25 68(W )4 UP U I U I UR T E o1 1( ) (68 36) 16(W )2 2P P P 解 （ 1） 由 式 （ 8-3-3） 知由 式 （ 8-3-7） 知由 式 （ 8-3-10） 知 34 第 8章 功 率 放 大 電 路2 2 2om CCom L L1 1 25 78(W)2 2 2 4U UP R R 2 2 CCE CC

16、 c(av) CC cm L22 2 252 99(W) 4UP U I U I R T E om1 1( ) (99 78) 10.5(W)2 2P P P T o0.2 0.2 78 15.6(W)m mP P om CC2U U（ 2） 當(dāng) 輸 出 電 壓 振 幅 時(shí) ， 輸 出 功 率 達(dá) 到 最 大（ 3） 由 式 （ 8-3-12） 得 35 第 8章 功 率 放 大 電 路8.3.2 單 電 源 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 率 放 大 電 路電 路 如 圖 8.3.8所 示 。由 圖 可 見(jiàn) ， 靜 態(tài) 時(shí) ， 電 容 C的 直 流 電 位 為 UCC/2， 當(dāng) V1導(dǎo) 通 、

17、V2截 止 時(shí) ， V1給 負(fù) 載 RL提 供 電 流 ； 而 當(dāng) V1截 止 、 V2導(dǎo) 通 時(shí) ， 電 容 C充 當(dāng) V2的 電 源 ， 只 要 C足 夠 大 ， 在 信 號(hào) 變 化一 周 內(nèi) ， 電 容 電 壓 可 以 保 持 基 本 恒 定 UCC/2。負(fù) 載 得 到 的 交 流 電 壓 振 幅 的 最 大 值 為 2 CCom UU 負(fù) 載 得 到 的 最 大 交 流 功 率 Pom為22 2( )1 1 122 2 8CCom CCom L L LUU UP R R R (8.3.19) 36 第 8章 功 率 放 大 電 路圖 8.3.8 單 電 源 互 補(bǔ) 推 挽 乙 類 功 率 放 大 電 路 電 源 提 供 的 功 率 (8.3.20) CCE c(av) CC cm12 2 UP I U I 37 第 8章 功 率 放 大 電 路 8.28.8