2022-2023学年高二物理竞赛课件：功率放大电路

1 功率放大电路 2 功率放大电路 功率放大电路概述 互补功率放大电路 功率放大电路的安全运行 功率放大电路 实用电路中对放大电路的输出级要求输出一定的功率，以驱动负载。 互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 功率放大电路概述 3 功率放大电路与其它放大电路的异同： （1）能量控制和转换的角度； （2）输出信号的角度。 4 若已知Uom，则可得Pom。 （2） 晶体管的选用： 在功放中，为使输出功率尽可能大，晶体管集电极电流最大时接近ICM，承受的管压降最大时接近U(BR)CEO， 耗散功率最大值接近PCM。称为工作在尽限状态。 最大输出功率Pom ：在电路参数确定的情况下负载可能 获得的最大交流功率。 转换效率 ：最大输出功率与电源提供的功率之比，即 （1） 主要性能指标：最大输出功率和转换效率。 电源提供的直流功率 8.1.1 功率放大电路的特点 5 （4） 对功率放大电路的要求： a. 输出功率尽可能大：即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。 b. 转换效率尽可能高：即电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。 c. 减小失真：工作于大信号状态容易产生非线性失真。 应采用适当方法改善输出波形，如引入交流负反馈。 d. 功放管的保护：管子工作在接近极限状态。应采取 散热措施，防止管子被烧毁。 （3）分析方法： 工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略， 宜采用图解分析法。 6 iC uCE Q1 UCEQ ICQ VCC iC uCE Q3 ICQ VCC iC uCE Q2 ICQ VCC 晶体管的几种工作方式 甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。 甲乙类：介于两者之间，导通角大于180° 乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内导通。 7 8.1.2 功率放大电路的组成 Rb Rc +VCC ui T + - + - uo C1 RL C2 直流电源提供的直流功率约为ICQVCC，即S□ABCO。 集电极电阻Rc的功率损耗为 ICQ (VCC - UCEQ)，即S□QBCD。 晶体管集电极耗散功率为 ICQ UCEQ，即S□AQDO。 即S△QDE 输出功率小，效率低 甲类工作状态 VCC/RC uCE IBQ D iC 0 ICQ VCC UCEQ A B C Q 直流负载线 交流负载线 E UCEQ+ICQR’L 不宜用作功率放大电路 一、共射放大电路 8 二、变压器耦合功率放大电路 ui Rb +VCC T C RL N1 N2 交流负载线 uCE IBQ iC 0 ICQ VCC A Q 直流负载线 B 2VCC 电源提供的功率为 从变压器原边向负载方向看的交流等效电阻为 在理想变压器的情况下，最大输出功率为 即S△QAB 电路的最大效率Pom/PV为50%。 等效负载上电流交流分量最大值：ICQ 等效负载上电压交流分量最大值：VCC 不宜用作功率放大电路 为了提高输出功率和效率，可以去掉集电极电阻Rc，直接将负载接在晶体管的集电极，并利用变压器实现阻抗变换，同时调节Q点使晶体管达到极限工作状态。 8 9 ui VCC T1 RL N3 N4 + - N1 N2 N2 N3 T2 + - (+) (-) uCE2 iC2 0 T2管输出特性 Q uCE1 iC1 0 VCC T1管输出特性 t 乙类工作状态 乙类工作状态 放大电路的乙类工作状态 信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。 输入信号越大，电源提供的功率也越大。 推挽：共射电路 互补：射极输出 由于电源提供的功率不变，因而输入电压为零时，效率也为零；输入电压越大，ic电流越大，负载获得的功率就越大，管子的损耗就越小，因而转换效率就越高。但是，人们通常希望输入信号为零时电源不提供功率，输入信号越大，负载获得的功率也越大，电源提供的功率也随之增大，从而提供效率。为了达到上述目的，在输入信号为0时，应使管子处于截止状态。而为了使负载上能获得正弦波，常常需要采用两只管子，在信号的正、负半周交通导通，因此产生了变压器耦合乙类推挽功率放大电路。 9 10 三、无输出变压器的功率放大电路（简称为OTL电路） + - VCC/2 ui +VCC T1 RL + (-) C T2 uO + - 输入电压的正半周： ＋VCC