1、2020/7/21,低頻電子線路,1,低頻電子線路,山東大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院 劉志軍,2020/7/21,低頻電子線路,2,上次課復(fù)習(xí),放大器的級(jí)聯(lián) 阻容耦合多級(jí)放大器 組合放大器,2020/7/21,低頻電子線路,3,本次課內(nèi)容,放大器的功率輸出級(jí) （功率放大器）,2020/7/21,低頻電子線路,4,2.9 放大器的功率輸出級(jí),功率放大器也可稱為多級(jí)放大器的功率輸出級(jí)。,2020/7/21,低頻電子線路,5,放大器的功率輸出級(jí)(圖）,輸入級(jí),輸出級(jí),中間級(jí),2020/7/21,低頻電子線路,6,2.9.1功率放大器的特殊問題,功率放大器與前述電壓放大器考慮問題的著眼點(diǎn)有所不同，需要特別

2、考慮。,2020/7/21,低頻電子線路,7,一、功率放大器的特點(diǎn)及分類,分析功率放大器的特點(diǎn)和分類情況。 主要與電壓放大器進(jìn)行比較。,2020/7/21,低頻電子線路,8,電壓放大器,一般電壓放大器為小信號(hào)放大器。 以獲得電壓增益為主。 主要考慮通頻帶等參數(shù)。,2020/7/21,低頻電子線路,9,功率放大器,為大信號(hào)放大器（單級(jí)）。 以獲得功率增益為主（大電壓大電流）。 主要考慮輸出功率，非線性失真，安全保護(hù)等參數(shù)。,2020/7/21,低頻電子線路,10,1 功率放大器的特點(diǎn)：,（1）考慮獲得信號(hào)足夠大，能夠給負(fù)載提供足夠大的功率（大電壓、大電流）； （2）分析方法以圖解法為主； （3）

3、考慮非線性失真； （4）考慮如何提高效率； （5）考慮功率器件的安全保護(hù)問題。,2020/7/21,低頻電子線路,11,對(duì)功率放大器的考慮,總之，對(duì)功率放大器的要求是： 在功率高、非線性失真小、安全工作的前提下，向負(fù)載提供足夠大的功率。,2020/7/21,低頻電子線路,12,2 功率放大器的分類,一般按照功率放大器的工作狀態(tài)（Q點(diǎn)不同設(shè)置）來分類。 甲類（A類） 乙類（B類） 甲乙類（AB類） 丙類（C類） 丁類（D類）,2020/7/21,低頻電子線路,13,（1） 甲類（A類）,管子導(dǎo)通角 =3600=2,2020/7/21,低頻電子線路,14,（2）乙類（B類）,管子導(dǎo)通角 =1800

4、=,2020/7/21,低頻電子線路,15,（3）甲乙類（AB類）,管子導(dǎo)通角 1800 3600,2020/7/21,低頻電子線路,16,圖 幾種功放類型,2020/7/21,低頻電子線路,17,（4） 丙類（C類）,管子導(dǎo)通角 1800,2020/7/21,低頻電子線路,18,圖 丙類（C類）,2020/7/21,低頻電子線路,19,幾種類型的比較,甲類：效率低，管耗較大（無信號(hào)時(shí)，直流功耗 Icq ）單管全波波形。 乙類：效率高，有非線性失真（交越失真），只有半波，需兩管推挽獲得全波波形。 甲乙類：效率較高，分析同乙類，但可改善非線性失真（Q點(diǎn)升高）。 丙類：效率高，但需要濾波網(wǎng)絡(luò)方可取

5、出基波波形。,2020/7/21,低頻電子線路,20,二功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo),主要使用這些參數(shù)來衡量功率放大器的技術(shù)性能。 為選擇和使用功放電路提供依據(jù)。,2020/7/21,低頻電子線路,21,主要技術(shù)指標(biāo),輸出功率Po 效率 非線性失真系數(shù)THD 晶體管功率損耗 -。,2020/7/21,低頻電子線路,22,1 輸出功率Po,其中，Vom和Iom分別為功放的輸出電壓和輸出電流幅值。,2020/7/21,低頻電子線路,23,2 效率,其中，Po為輸出交流功率；PD為電源提供直流功率。,2020/7/21,低頻電子線路,24,3非線性失真系數(shù)THD,當(dāng)輸入為某一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，其輸出信號(hào)

6、中除基波成份外，還包含一定數(shù)量的諧波。非線性失真的大小用失真系數(shù)THD表示,2020/7/21,低頻電子線路,25,非線性失真系數(shù)THD,上式中A1為輸出電流 的基波幅值，An為二次諧波之上各諧波分量幅值。,2020/7/21,低頻電子線路,26,非線性失真系數(shù)THD,由于小信號(hào)非線性失真很小，一般只在大信號(hào)工作時(shí)才考慮THD指標(biāo)。 普通功放THD在（110%） ，高保真功放在1%之內(nèi)。,2020/7/21,低頻電子線路,27,4. 晶體管功率損耗,2020/7/21,低頻電子線路,28,2.9.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,互補(bǔ)對(duì)稱功放電路是當(dāng)前最常用的功放電路形式。 常應(yīng)用于分立器件功放和集成

7、電路的功放級(jí)。,2020/7/21,低頻電子線路,29,互補(bǔ)對(duì)稱功放電路主要形式,有兩大類： OCL 電路 OTL 電路,2020/7/21,低頻電子線路,30,一、 OCL 電路,稱為無輸出電容器 （Output Capactitorless）功放電路。,2020/7/21,低頻電子線路,31,1、 電路結(jié)構(gòu) （圖）,2020/7/21,低頻電子線路,32,OCL電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn),雙電源 +Vcc 、 Vcc 輸出端 直耦（0電位）,2020/7/21,低頻電子線路,33,互補(bǔ)對(duì)稱的概念,互補(bǔ)：VT1是NPN，VT2是PNP 對(duì)稱：VT1 與VT2 參數(shù)一致（ 、VBE 、 ICEO）,2020

8、/7/21,低頻電子線路,34,CC電路,注意到VT1 VT2 均為CC電路（射隨器）,2020/7/21,低頻電子線路,35,2、 工作原理,在Vi處加入正弦波 當(dāng)Vi為正時(shí)，VT1導(dǎo)通，VT2截止 ； 電流流向（流過RL）上正下負(fù)。 當(dāng)Vi為負(fù)時(shí)， VT2導(dǎo)通，VT1 截止 電流流向（流過RL）上負(fù)下正。 兩管輪流導(dǎo)通（為乙類狀態(tài)）“推挽”合成正弦波。,2020/7/21,低頻電子線路,36,3、 參數(shù)計(jì)算和波形（圖）,2020/7/21,低頻電子線路,37,（1）最大不失真輸出功率,其中 為電壓源利用系數(shù) ，,2020/7/21,低頻電子線路,38,最大不失真輸出功率,上式當(dāng)盡限運(yùn)用時(shí)，

9、,2020/7/21,低頻電子線路,39,（2）電源提供直流功率,對(duì)VT1： 其中,2020/7/21,低頻電子線路,40,電源提供直流功率,對(duì)VT1,2020/7/21,低頻電子線路,41,電源提供直流功率,VT1、VT2兩管時(shí),2020/7/21,低頻電子線路,42,（3）效率,2020/7/21,低頻電子線路,43,效率,當(dāng) =1時(shí) 達(dá)到最大,2020/7/21,低頻電子線路,44,（4）管子集電極耗散功率及最大值,2020/7/21,低頻電子線路,45,管子集電極耗散功率及最大值,單管時(shí),2020/7/21,低頻電子線路,46,管子集電極耗散功率及最大值,上式對(duì) 求導(dǎo)， 并令上式為零,

10、2020/7/21,低頻電子線路,47,管子集電極耗散功率及最大值,則,2020/7/21,低頻電子線路,48,管子集電極耗散功率及最大值,即 時(shí)有最大管耗。,2020/7/21,低頻電子線路,49,繼續(xù)分析,將 代入,2020/7/21,低頻電子線路,50,管子集電極耗散功率及最大值,雙管管耗 上式表明Pcm與Pom的關(guān)系。例如要求輸出功率為10w時(shí)則只要選用兩個(gè)額定管耗大于2w的管子就可以了。,2020/7/21,低頻電子線路,51,4、 乙類功放的交越失真問題（圖）,乙類功放存在交越失真的問題。,2020/7/21,低頻電子線路,52,解決交越失真的甲乙類電路（圖）,2020/7/21,

11、低頻電子線路,53,解決交越失真的VBE擴(kuò)展電路,2020/7/21,低頻電子線路,54,二 OTL功放電路,OTLOutput transformerless (無輸出變壓器),2020/7/21,低頻電子線路,55,1、電路基本結(jié)構(gòu)（圖）,2020/7/21,低頻電子線路,56,電路特點(diǎn),電路互補(bǔ)對(duì)稱。 互補(bǔ)（NPN、PNP） 對(duì)稱（參數(shù)一致） 管子組態(tài)為CC（射隨器）。,2020/7/21,低頻電子線路,57,OTL電路特點(diǎn), 單電源（+Vcc）。 輸出端接有大電容C耦合（相當(dāng)負(fù)電源作用）。 靜態(tài)輸出端 （C內(nèi)側(cè)為VCC/2 ）。,2020/7/21,低頻電子線路,58,2、 工作原理,

12、輸入端加正弦信號(hào)。 輸入為正時(shí)，VT1 導(dǎo)通 、VT2 截止， +Vcc供電，通過C（充電），與 RL形成回 路（上正下負(fù)）。 輸入為負(fù)時(shí)，VT2 導(dǎo)通 VT1 截止，C放電（Vc）經(jīng)RL形成回路（上負(fù)下正）。 兩管輪流導(dǎo)通 （推挽），在負(fù)載上合成正弦波。,2020/7/21,低頻電子線路,59,波形圖,2020/7/21,低頻電子線路,60,波形圖,2020/7/21,低頻電子線路,61,3、基本計(jì)算,最大不失真輸出功率 效率,2020/7/21,低頻電子線路,62,功率面積（圖）,2020/7/21,低頻電子線路,63,基本計(jì)算,其它參數(shù)可以仿照OCL推導(dǎo)出計(jì)算公式。,2020/7/21,

13、低頻電子線路,64,三利用復(fù)合管做互補(bǔ)輸出級(jí),全互補(bǔ)管： 兩個(gè)互補(bǔ)管類型、極性一致。 準(zhǔn)互補(bǔ)管： 兩個(gè)互補(bǔ)管類型、極性不一致。 兩種類型的 一致，而rbe不一致。,2020/7/21,低頻電子線路,65,全互補(bǔ)管與準(zhǔn)互補(bǔ)管圖,2020/7/21,低頻電子線路,66,電路分析,分析P102圖2.9.10電路原理。,2020/7/21,低頻電子線路,67,其它電路,2020/7/21,低頻電子線路,68,其它電路,2020/7/21,低頻電子線路,69,高保真OCL功放（圖）,2020/7/21,低頻電子線路,70,四集成功放,功放電路已可以制成集成電路。 集成功放獲得廣泛應(yīng)用。 當(dāng)很大功率的集成電路仍有困難。仍需使用分立器件。,2020/7/21,低頻電子線路,71,1 單片音頻功放5G37,見圖2.9.11 (p103) 分析原理結(jié)構(gòu)。,2020/7/21,低頻電子線路,72,2可接功率晶體管的集成功放,見圖2.9.12 (p104) 分析原理結(jié)構(gòu),2020/7/21,低頻電子線路,73,作業(yè) 和補(bǔ)充作業(yè),2.3.1 另：設(shè)功放電路如圖所示，管子在輸入信號(hào)vi作用下輪流導(dǎo)通。電源電壓VCC1=VCC2=20V，負(fù)載RL=8，試計(jì)算（1）當(dāng)輸入信號(hào)vi=10V（有效值）時(shí)，電路的輸出功率、管耗、直流電