第三章 功率放大电路优秀课件.ppt

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1、第三章 功率放大电路第1页，本讲稿共59页上次课的内容静态工作点稳定对波形失真的影响分压式静态工作点稳定电路的工作原理共射极放大电路的特点共集电极放大电路的静、动态分析共集电极放大电路的特点及适用场合第2页，本讲稿共59页耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。3-1 多级放大电路及耦合方式多级放大电路及耦合方式耦合：耦合：即信号的传送。即信号的传送。多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2.动态动态:传送信号。传送信号。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大

2、电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级要求：要求：波形不波形不失真，减少压失真，减少压降损失。降损失。第3页，本讲稿共59页解决方法解决方法:提高后级的射极电位提高后级的射极电位,加加R RE2E2提高了提高了T1T1的的输出电压输出电压,使使T2T2有合适的有合适的Q Q点。点。问题问题 1:1:前后级前后级Q Q点相互影响。点相互影响。+VCCvoRC2T2viRC1R1T1R2RE2直接耦合电路的问题直接耦合电路的问题第4页，本讲稿共59页问题问题 2 2:零点漂移。零点漂移。前一级的温漂将作为后一级的输入信号，使得当前一级的温漂将作为

3、后一级的输入信号，使得当 vi 等于零时，等于零时，vo不等于零。不等于零。viRC1R1T1+VCCvoRC2T2R2RE2vot0有时会将有有时会将有用信号淹没用信号淹没解决方法解决方法:差动电路。差动电路。第5页，本讲稿共59页阻容耦合多级放大器的分析阻容耦合多级放大器的分析 前级的输出阻抗是后级的信号源内阻。前级的输出阻抗是后级的信号源内阻。后级的输入阻抗是前级的负载。后级的输入阻抗是前级的负载。1.1.两级之间的相互影响两级之间的相互影响2.2.电压放大倍数（以两级为例）电压放大倍数（以两级为例）注意注意：在计算前级在计算前级放大倍数时，要把放大倍数时，要把后级的输入阻抗作后级的输入

4、阻抗作为前级的负载电阻为前级的负载电阻！扩展到扩展到n n级级第6页，本讲稿共59页设设:1=2=50,rbe1=2.9k ,rbe2=1.7 k 例例:前级前级后级后级+CCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第7页，本讲稿共59页关键关键:考虑级间影响。考虑级间影响。1.静态静态:Q点同单级。点同单级。2.动态性能动态性能:方法方法:ri2 =RL1ri2+CCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第8页，本讲稿共59页考虑级间影

5、响考虑级间影响2ri ,ro:概念同单级概念同单级1rirori2+CCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2第9页，本讲稿共59页微变等效电路微变等效电路:ri2+CCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLRSR1第10页，本讲稿共59页1.ri=R1/rbe1+（+1)RL1其中其中:RL1=RE1/ri2=RE1/R2/R3/rbe2=RE1/RL1 =RE1/ri2=27/1.7 1.7k ri=1000

6、/(2.9+511.7)82k 2.ro=RC2=10k RE1R2R3RC2RLRSR1第11页，本讲稿共59页3.中频电压放大倍数中频电压放大倍数:其中：其中：RE1R2R3RC2RLRSR1第12页，本讲稿共59页RE1R2R3RC2RLRSR1第13页，本讲稿共59页阻容耦合多级放大电路小结阻容耦合多级放大电路小结(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一

7、级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。可以看出，射极输出器接在多级放大电路的首可以看出，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起阻抗匹配作用，从而改善放大电路的在中间级可起阻抗匹配作用，从而改善放大电路的性能。性能。第14页，本讲稿共59页举例：举例：P.122.3.30P.122.3.30第15

8、页，本讲稿共59页本次课内容本次课内容放大电路的频率响应（幅频特性、带宽、放大电路的频率响应（幅频特性、带宽、下限截止频率、上限截止频率）下限截止频率、上限截止频率）放大电路的耦合方式及特点和问题放大电路的耦合方式及特点和问题阻容耦合放大电路的静态分析阻容耦合放大电路的静态分析阻容耦合放大电路的动态分析（电压放大阻容耦合放大电路的动态分析（电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、带宽）倍数、输入阻抗、输出阻抗、带宽）第16页，本讲稿共59页 上次课内容上次课内容放大电路的频率响应放大电路的频率响应放大电路的耦合放大电路的耦合多级阻容耦合放大电路的静动态分析多级阻容耦合放大电路的静动态分析第17页，本

9、讲稿共59页特点：特点：结构对称。结构对称。3-2 3-2 差动放大电路差动放大电路vi1vi2voRCR1T1RBRCR1T2RB3.2.1 3.2.1 差动放大电路的工作情况差动放大电路的工作情况+VCC第18页，本讲稿共59页一一.输入信号的分类输入信号的分类(1)差模差模(differential mode)输入输入vi1-vi2=vd(2)共模共模(common mode)输入输入(vi1+vi2)/2=vC(3)比较输入比较输入 任意输入的信号任意输入的信号 v vi i1 1、v vi i2 2，都可分解成差模分量和，都可分解成差模分量和共模分量。共模分量。第19页，本讲稿共59

10、页二二.共模信号（零漂）的抑制共模信号（零漂）的抑制vo=VC1-VC2 =0当当 vi1=vi2=0 时：时：vo=(VC1+vC1 )-(VC2+vC2)=0当温度变化时：当温度变化时：+VCCvovi1RCR1T1RBRCR1T2RBvi2第20页，本讲稿共59页三三.共模电压放大倍数共模电压放大倍数A Avcvc+VCCvovi1RCR1T1RBRCR1T2RBvi2共模输入信号：共模输入信号：vi1=vi2=vC（大小相等，极性相同）（大小相等，极性相同）共模电压放大倍数：共模电压放大倍数：（很小，一般远小于（很小，一般远小于1 1)但因电路两侧不可能完全对称，但因电路两侧不可能完全

11、对称，vo 0第21页，本讲稿共59页vovi1RCR1T1RBRCR1T2RBvi2四四.差模电压放大差模电压放大倍数倍数A Avdvd差模输入信号：差模输入信号：vi1=-vi2=vd /2（大小相等，极性相反）（大小相等，极性相反）(很大，一般大于很大，一般大于1 1)设设vC1=VC1+vC1，vC2=VC2+vC2。因因vi1=-vi2，vC1=-vC2 vo=vC1-vC2=vC1-vC2=2 vC1 差模电压放大倍数：差模电压放大倍数：+VCC第22页，本讲稿共59页五五 .共模抑制比共模抑制比(KCMR)(KCMR)的定义的定义例例:Avd=-200 Avc=0.1 KCMR=

12、20 lg (-200)/0.1=66 dBKCMR=KCMR(dB)=(分贝分贝)第23页，本讲稿共59页为了使左右平衡，设置了调零电位器为了使左右平衡，设置了调零电位器RP。3.2.2 3.2.2 典型差动放大电路典型差动放大电路特点：特点：加入射极电阻加入射极电阻R RE E；加入负电源；加入负电源 -V VEEEE ，采用正，采用正负双电源供电。负双电源供电。vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEE一、静态分析一、静态分析RP第24页，本讲稿共59页双电源的作用：双电源的作用：（1 1）使信号变化幅度加大。）使信号变化幅度加大。（2 2）I IB B1 1、I IB

13、B2 2可由负电源可由负电源-V VEEEE提供。提供。vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEE第25页，本讲稿共59页ICIE =2ICVEVBEIBIC温度温度TRE的作用的作用 设设vi1=vi2=0自动稳定自动稳定RE 具有强负反馈作用具有强负反馈作用:产生的反馈信号是单管放大时的两倍。产生的反馈信号是单管放大时的两倍。抑制温度漂移，稳定抑制温度漂移，稳定静态工作点。静态工作点。vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEE第26页，本讲稿共59页RRvovid+VCCRCT1RBRCT2RBREVEE二、动态分析二、动态分析第27页，本讲稿共59页RE

14、对差模信号作用对差模信号作用ib2 ,ic2 vi1 vi2ib1,ic1ic1 =-ic2iRE=ie1+ie2=0vRE =0RE对差模信号不起作用对差模信号不起作用RRvovid+VCCRCT1RBRCT2RBREVEEib2ib1ic2ic1iRE第28页，本讲稿共59页差模信号通路差模信号通路T1单边微变等单边微变等效电路效电路vod1RBB1EC1RC ib1vi1rbe1ib1RRvovi1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1vi2vod1vod2E第29页，本讲稿共59页单边差模放大倍数单边差模放大倍数:vod1RBB1EC1RC ib1vi1rbe1ib1第30页

15、，本讲稿共59页即：总的差动电压放大倍数为：即：总的差动电压放大倍数为：差模电压放大倍数差模电压放大倍数:RRvodvi1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1vi2vod1vod2E若带负载，若带负载，RL中点差模信号电位为中点差模信号电位为 0,0,所以放大倍数所以放大倍数：差模输入电阻和差模输入电阻和输出电阻输出电阻第31页，本讲稿共59页差放电路的几种接法差放电路的几种接法输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端vovi1+VCCRCT1RBRCT2RBvi2REVEE第32页，本讲稿共59页双端输出：双端输出：Avd =Avd1单端输出：

16、单端输出：对对Avd而言，双端输入与单端输入效果是一样的。而言，双端输入与单端输入效果是一样的。双端输入：双端输入：vi1=-vi2=0.5vid单端输入：单端输入：vi1=vid，vi2=0双双(单单)端输入双端输出：端输入双端输出：Avd =Avd1双双(单单)端输入单端输出：端输入单端输出：（负载开路时）（负载开路时）结论：结论：第33页，本讲稿共59页差分放大电路共模抑制能力的提高差分放大电路共模抑制能力的提高采用对称差放采用对称差放提高共用射极电阻提高共用射极电阻引入恒流源引入恒流源恒流源恒流源三极管恒流源三极管恒流源镜像电流源镜像电流源微电流源微电流源第34页，本讲稿共59页差分放

17、大电路的传输特性差分放大电路的传输特性输入信号较小（约输入信号较小（约26mV26mV以下）时呈线性放大状态。以下）时呈线性放大状态。输入信号较大时呈非线性状态，具有限幅作用。输入信号较大时呈非线性状态，具有限幅作用。本次课内容本次课内容差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理差分放大电路的静动态分析差分放大电路的静动态分析各类差放及差分放大电路的传输特性各类差放及差分放大电路的传输特性差分放大电路共模抑制能力的提高差分放大电路共模抑制能力的提高第35页，本讲稿共59页 上次课内容上次课内容差分放大电路的工作原理差分放大电路的工作原理差分放大电路的静动态分析差分放大电路的静动态分析共模抑制

18、能力的提高共模抑制能力的提高差放的分类及特点差放的分类及特点差放的传输特性差放的传输特性第36页，本讲稿共59页3-3 功率放大电路3-3-1 功率放大电路的任务及特点功率放大电路的任务：功率放大电路的任务：尽可能大的输出功率；尽可能大的输出功率；尽可能高的效率；尽可能高的效率；尽可能小的失真。尽可能小的失真。功率放大电路的特点：功率放大电路的特点：在大信号下工作，只能用图解法进行分析，在大信号下工作，只能用图解法进行分析，而不能用微变等效电路法。而不能用微变等效电路法。第37页，本讲稿共59页3-3-2 功放管的工作状态及特点甲类工作状态：静态工作点在交流负载线的中点，处于线性放大状态；失真

19、最小，静态功耗较大，效率较低：最大理想效率为50%，实际为25%35%。乙类工作状态：静态工作点在截止区；失真较大，静态功耗很小，效率较高：最大理想效率为78.5%，实际为55%65%。甲乙类工作状态：静态工作点在截止区与放大区的交界处（静态时管子处于微导通状态）；失真较小，静态功耗较低，效率较高：最大理想效率为78.5%，实际为55%65%。第38页，本讲稿共59页1、功放电路中电流、电压要求都比较大，必功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、VCEM 、PCM。ICMPCMVCEMIcvce3-3-3 互补对称

20、功率放大电路互补对称功率放大电路一、对功率放大电路的基本要求一、对功率放大电路的基本要求第39页，本讲稿共59页2、电流、电压信号比较大，必须注意防止波形电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。失真。3、电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少、电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（率（）。）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。第40页，本讲稿共59页vo的取的取值范围值范围QIcvCEVCC直流负载直流负载线线交流负载交流负载线

21、线VCEQ=0.5VCC 静态工作点：静态工作点：若忽略晶体管的饱和压降若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号和截止区，输出信号v vo o的的峰值最大只能为：峰值最大只能为：放大电路的静态工作点在交流负载线中点的工作方式称为放大电路的静态工作点在交流负载线中点的工作方式称为甲类放大甲类放大。votvoibQicvceVCC第41页，本讲稿共59页如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用互补对称射极输出电路互补对称射极输出电路(乙类、甲乙乙类、甲乙类放大类放大)。缺点：缺点：但又会

22、引起截止失真。但又会引起截止失真。第42页，本讲稿共59页 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）互补对称：互补对称：电路中采用两只晶体管，电路中采用两只晶体管，NPN、PNP各一只；两管特性一致。各一只；两管特性一致。类型：类型：第43页，本讲稿共59页二、互补对称功放电路二、互补对称功放电路 （一）特点（一）特点（1）单电源供电；单电源供电；（2）输出加有大电容。输出加有大电容。（二）静态分析（二）静态分析 T1、T2 特性对称特性对称RLviT1T2+VCCCAUL+-VC1.1.无输

23、出变压器的乙类互补对称功放无输出变压器的乙类互补对称功放VCC/2第44页，本讲稿共59页三、动态分析三、动态分析设输入端在设输入端在 0.5VCC 直流电压的基础上加入正弦信号。直流电压的基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，则若输出电容足够大，则V VC C能在输入信能在输入信号的一个周期内基本保持在号的一个周期内基本保持在0.50.5V VCC CC 不不变，负载上得到的交流信号正负半周变，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLviT1T2+VCCCAvL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、

24、T2导通。导通。0.5VCCvit第45页，本讲稿共59页2.无输出电容的乙类互补对称功放无输出电容的乙类互补对称功放一、工作原理（设一、工作原理（设vi为正弦波）为正弦波）电路的结构特点：电路的结构特点：vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL1.由由NPN型、型、PNP型三极管型三极管构成两个对称的射极输出器构成两个对称的射极输出器对接而成。对接而成。2.双电源供电。双电源供电。3.输入输出端不加隔直电容。输入输出端不加隔直电容。第46页，本讲稿共59页ic1ic2动态分析：动态分析：vi 0VT1截止，截止，T2导通导通vi 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;vi-VCCT1

25、T2vo+VCCRLiLiL=ic2静态分析：静态分析：vi=0V T1、T2均不工作均不工作 vo=0V第47页，本讲稿共59页乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL死区电压死区电压vivovovotttt交越失真交越失真第48页，本讲稿共59页 二、功率和效率的估算功率和效率的估算 1、输出功率Po 若忽略VCES,则 即为乙类互补对称功放的最大输出功率！即为乙类互补对称功放的最大输出功率！第49页，本讲稿共59页 2、直流电流提供的功率PDC 3、效率第50页，本讲稿共59页4、管耗PC可求得当Vom=0.63VCC时,三极管消耗的

26、功率最大,其值为每个管子的最大功耗为 得出了功放管最大集电极耗散功率的选择标准！得出了功放管最大集电极耗散功率的选择标准！第51页，本讲稿共59页（b b）乙类）乙类 （c c）甲乙类甲乙类 第52页，本讲稿共59页甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路第53页，本讲稿共59页3-3-4 3-3-4 复合互补对称功率放大电路复合互补对称功率放大电路 一、复合管一、复合管第54页，本讲稿共59页1 1、复合管的电流放大系数、复合管的电流放大系数穿透电流较大穿透电流较大,且高频特性且高频特性较差。减小穿透电流（总的较差。减小穿透电流（总的电流放大能力有所下降）的电流放大能力有所下降）

27、的方法如图：方法如图：第55页，本讲稿共59页由复合管组成的互补对称电路由复合管组成的互补对称电路 由复合管组成的准互补对称电路由复合管组成的准互补对称电路 不考虑穿透电流不考虑穿透电流 考虑穿透电流考虑穿透电流第56页，本讲稿共59页实用实用OTLOTL功放（带前置放大级、自举电容、方便调节）功放（带前置放大级、自举电容、方便调节）第57页，本讲稿共59页实用实用OTLOTL功放（准互补、带前置放大级、自举电容、方便调节）功放（准互补、带前置放大级、自举电容、方便调节）第58页，本讲稿共59页功放部分小结功放部分小结功放的任务与特点功放的任务与特点功放的分类及各类功放的特点功放的分类及各类功放的特点乙类（甲乙类）功放输出功率（最大输出乙类（甲乙类）功放输出功率（最大输出功率）、电源输出功率、管子的损耗（最功率）、电源输出功率、管子的损耗（最大）功率、效率（最高效率）的求解大）功率、效率（最高效率）的求解复合管复合管实用功率放大电路的工作原理、各元件的实用功率放大电路的工作原理、各元件的作用、调整方法作用、调整方法第59页，本讲稿共59页