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第11章 電流的放大——三極管功率放大器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站：QQ群：/circuitfly 214926972實例解讀模擬電子技術(shù)完全學(xué)習(xí)與應(yīng)用

Asimpleguidetoanalogelectroniccircuits,devices,andapplications楊欣YangX胡文錦HuWJ張延強ZhangYQ萊·諾克斯NokesL王玉鳳WangYF劉湘黔LiuXQ電路飛翔網(wǎng)免費提供本書及相關(guān)視頻教學(xué)、實驗演示等全方位學(xué)習(xí)資源

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10.1■實例引入——肌電假肢新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972功率放大器在許多環(huán)節(jié)都有至關(guān)重要的角色.11.1.1 電壓放大與電流放大新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972放大器的輸出阻抗決定了負(fù)載所獲得的功率：11.1.2 揚聲器功率放大器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2

■元器件A——揚聲器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2.1 數(shù)字投音器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2.2 電聲轉(zhuǎn)換新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2.3 揚聲器的種類新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2.3 揚聲器的種類新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.2.4 揚聲器的電氣參數(shù)額定功率。阻抗。頻響范圍。靈敏度。11.3

■電路與應(yīng)用A——ClassA放大器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.1 ClassA放大器實例新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972三極管的IC及VCE在各自的極限范圍內(nèi)變化。IC范圍是從0到Ic(sat)。VCE從0到Vce(cutoff)。11.3.2 小信號放大器與ClassA放大器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.3 交流負(fù)載線新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.3 交流負(fù)載線新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.3 交流負(fù)載線新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.3 交流負(fù)載線交流負(fù)載線，耦合電容把輸入信號和負(fù)載等連接到電路中，交流負(fù)載線在縱坐標(biāo)軸IC和橫坐標(biāo)軸VCE上的端點分別稱為Ic(sat)和Vce(cutoff)：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.3 交流負(fù)載線新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972Q點落在交流負(fù)載線的中央，則Q’坐標(biāo)值應(yīng)該為交流負(fù)載線兩個端點值的一半，即：化簡可得：改變ICQ可以讓Q點上、下移動，RE增大時ICQ減小，Q點向截止區(qū)移動（向下移動）；RE減小時ICQ增大，Q點向飽和區(qū)移動（向上移動）。11.3.4讓ClassA放大器獲得最大輸出新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972【例11.1】Q點中央化：改變電阻RE的阻值，使得ClassA放大器的Q點接近交流負(fù)載線的中央。解答：所以得：又因為：所以：11.3.4讓ClassA放大器獲得最大輸出新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972Q點在中央時，得：于是解得：所以，RE阻值為510Ω可令Q點更接近交流負(fù)載線的中央，從而可令ClassA放大器獲得最大的輸出信號。11.3.4讓ClassA放大器獲得最大輸出新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972ClassA放大器與小信號放大器電路結(jié)構(gòu)相似，其直流分析電路有一致性。對于ClassA放大器來說，IC在一個很大的范圍內(nèi)變化，也就是說IE在一個很大的范圍內(nèi)變化，于是

就會有較大的浮動。

根據(jù)共E極放大器的電壓增

益公式，可得到ClassA放大

器的電壓增益為：11.3.5 ClassA放大器的電壓增益新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 214926972如果E極電阻RE被部分旁路，可以提高ClassA放大器的穩(wěn)定性和減小失真：

在大信號場合下，

的浮動會導(dǎo)致ClassA放大器電壓增益

有明顯的擺動，所以可計算出一個平均電壓增益。11.3.5 ClassA放大器的電壓增益新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗放大器的靜態(tài)工作點ICQ和VCEQ的乘積就是放大器的靜態(tài)功耗（quiescentpower），即：

靜態(tài)功耗決定了ClassA放大器中所選用三極管的最大功耗PD(max)，三極管的PD(max)不能小于靜態(tài)功耗PDQ，否則將有可能被燒毀。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗【例11.2】Class

A放大器的靜態(tài)功耗：某Class

A放大器的靜態(tài)工作點為：ICQ=100mA、VCEQ=10V，請計算放大器的靜態(tài)功耗，并選擇可勝任該放大器設(shè)計的三極管。假設(shè)該ClassA放大器為共E極結(jié)構(gòu)，以一個NPN型三極管為主要放大器件。解答：放大器的靜態(tài)功耗:

可選擇同時滿足VCEO>10V、IC>100mA、PD>1W的NPN型三極管，如STX13003（NPN、VCEO=400V、IC=1A、PD=1.5W）、BDX36（NPN、VCEO=60V、IC=5A、PD=1.25W）等。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.7

ClassA放大器的輸出功率及效率當(dāng)Q點在交流負(fù)載線中央時，ClassA放大器獲得最大的輸出信號。此時的有效輸出功率為：當(dāng)Q點在交流負(fù)載線中央時可認(rèn)為VCC≈2VCEQ，所以輸入功率為：

ClassA放大器的最大效率為：ClassA放大器效率不超過25%。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗【例11.3】ClassA放大器的設(shè)計及效率計算：設(shè)計ClassA放大器的電阻R1、R2、RC、RE的阻值，使放大器具備500mW的輸出功率。選擇適當(dāng)?shù)娜龢O管型號并計算該ClassA放大器的效率。已知VCC=+36V、負(fù)載RL=200Ω。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗解答：從交流分析電路中，ClassA放大器的輸出阻抗即為C極電阻RC，為了實現(xiàn)阻抗匹配，應(yīng)該使電阻RC與負(fù)載RL的阻值相等，所以得：RC=RL=200Ω設(shè)計輸出功率為500mW，有：化簡得關(guān)系式：為了獲得最大輸出信號，有：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗可解出：

由已知知道：于是解出E極電阻RE：RE=60Ω≈62Ω進(jìn)而可計算出B極電壓

：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.3.6 ClassA放大器的靜態(tài)功耗假設(shè)電阻R1=4.7kΩ，求出分壓器中另一個電阻值：R2=1.07kΩ≈1.1kΩ靜態(tài)功耗：選擇三極管時，只要同時滿足以下參數(shù)的NPN型都可以考慮：VCEO>10V、IC>100mA、PD>1W，比如TIP122（TIP122）、BD135、STX13003等。放大器效率：11.4

■電路與應(yīng)用B——ClassAB放大器新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.1 ClassAB放大器實例新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.2 ClassB放大器Class

B放大器的特點在于其Q點在交流負(fù)載線最低點——截止點Vce(cutoff)，此時三極管的C極電流IC可以在一個非常大的范圍內(nèi)（0~Ic(sat)）擺動，使之有非?！皬娊　钡尿?qū)動能力。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.2 ClassB放大器ClassB放大器在沒有輸入信號時三極管截止，即靜態(tài)工作點ICQ=0，只有當(dāng)輸入信號Vin的幅度超過0.7V，才會進(jìn)入放大狀態(tài)。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.3推挽ClassB放大器ClassB放大器配上一個互補三極管可以形成一個完整的正弦信號。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.3推挽ClassB放大器互補三極管（NPN＋PNP）合作形成的放大器稱為推挽ClassB放大器。輸入信號Vin需大于0.7V或小于-0.7V時，NPN和PNP三極管才分別導(dǎo)通形成輸出信號Vout，而當(dāng)輸入信號處于-0.7V~+0.7V時，出現(xiàn)交越失真。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析ClassAB放大器電路，利用偏置電路，當(dāng)輸入信號幅度接近0時也能被三極管Q1、Q2放大，從而克服交越失真的問題。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析ClassAB放大器的直流分析電路，A點的電壓為電源的一半，即VCC/2。如果二極管的正向壓降與三極管的VBE相同（比如說0.7V），則兩個三極管的E極電壓也為VCC/2。于是有：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析在交流分析中，所有的電容視為短路，如果輸入信號Vin足夠大，在正半周時，Q1的E極電壓將會在VCC/2~VCC之間變化，同時Q1的C極電流將在0~Ic(sat)之間變化，電流由E極流向負(fù)載RL。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析在負(fù)半周時Q2的E極電壓將會在VCC/2~0之間變化，同時Q2的C極電流將在0~Ic(sat)之間變化，電流由負(fù)載RL流向E極。當(dāng)輸出信號Vout很接近VCEQ時（VCEQ=VCC/2），也就是負(fù)載RL獲得最大電流的時候：

新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析【例11.4】ClassAB放大器的靜態(tài)工作點：ClassAB放大器的靜態(tài)工作點VBQ1、VBQ2、VEQ1、VEQ2、VCEQ1、VCEQ2，并確定電壓增益、輸出電壓峰值、輸出電流峰值。假設(shè)VCC=+24V，二極管的正向壓降與三極管的VBE相等，即：VF1=VF2=VBE1=VBE2=0.7V。新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析解答：直流分析中流經(jīng)R1、D1、R2、D2的總電流為：B極的靜態(tài)工作點：由于VBE=0.7V，于是：由于兩只三極管Q1、Q2是互補管，參數(shù)相同，所以：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.4ClassAB放大器的分析ClassAB放大器的電壓增益接近1，這是因為ClassAB由三極管Q1、Q2構(gòu)成的兩個E極跟隨器組成。輸出電壓峰值為VCEQ1/2，即VCEQ1/2=VCC/2=12V。輸出電流峰值為交流負(fù)載線在IC坐標(biāo)軸上的交點——Ic(sat)：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.5 ClassAB放大器中的功率問題Class

AB放大器的最大輸出電流為Ic(sat)、最大輸出電壓為VCEQ，而VCEQ=VCC/2，所以可得最大有效輸出功率為：放大器的輸入功率為：ClassAB放大器的最大效率為：新浪微博： 電路飛翔網(wǎng)站： QQ群：/circuitfly 21492697211.4.5 ClassAB放大器中的功率問題【例