《模拟电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第三章 模拟集成基本单元电路（3.4）乙类推挽输出级电路与功率放大器

§34乙类推挽输出级电路与功率放大器 休息1休息2 34.1概述 34.2乙类推挽输出级的工作原理 343输出功率,管耗和效率的分析计算 344达林顿组态 返回

§3.4 乙类推挽输出级电路与功率放大器 休息1 休息2 返回 3.4.1 概述 3.4.2 乙类推挽输出级的工作原理 3.4.3 输出功率，管耗和效率的分析计算 3.4.4 达林顿组态

34.1概述 休息1休息2 功率放大器的任务是向额定的负载R输出额定的“不失真”信号功率 功率放大器的主要指标:最大输出功率 效率 额定功率下的失真度 1功率放大器的最大输出功率一般决定晶体管的极限参数和电源电压。 但当电源电压和晶体管确定以后,对一个实际负载输出功率的大小 决定于负载的大小 由右图可以看出: 当Rc↑→Ion√→P↓ Q女” 当Rc L---- 只有当R。为最佳电阻时,输出电压和电流 CEO 摆动范围最大,输出功率最大。 cn 返回

3.4.1 概述 功率放大器的任务是向额定的负载 RL输出额定的“不失真”信号功率。 功率放大器的主要指标： 最大输出功率 效率 额定功率下的失真度 1 功率放大器的最大输出功率一般决定晶体管的极限参数和电源电压。 但当电源电压和晶体管确定以后，对一个实际负载输出功率的大小 决定于负载的大小。 Ucm EC C C R E uce c i 由右图可以看出： 当 RC → Icm → P0  当 RC → V0 m → P0  只有当 RC为最佳电阻时，输出电压和电流 摆动范围最大，输出功率最大。 Ic m ·Q Ic Q UCEQ ·Q’ ·Q’’ 休息1 休息2 IBQ 返回

34.1概述 休息1休息2 2电源提供的功率P 输出功率P 晶体管耗散功率 电路损耗功率 Po+ p 0 功率放大器的效率:n=P0/PE,i 饱和 3晶体管的工作状态 (1)甲(A类工作状态: 信号在整个周期内晶体管始终工 截止区 作在线性放大区域 特点:静态工作点Q设置在放大区中部, 输出信号电流正负半周均无失真。 返回

饱和区 放大区 信号在整个周期内晶体管始终工 作在线性放大区域。 3.4.1 概述 2 电源提供的功率 PE： 输出功率 P0 晶体管耗散功率 电路损耗功率 PE ＝ P0 ＋ PT ―PT 功率放大器的效率：η ＝P0 ／PE 3 晶体管的工作状态 · Q 截止区 特点：静态工作点 Q 设置在放大区中部， 输出信号电流正负半周均无失真。 c i uBE （1） 甲(A)类工作状态： 休息1 休息2 返回

3晶体管的工作状态 (2)乙(B)类工作状态: 饱和区 静态工作点设置在截至区边缘,只有信 号正半周晶体管导通,输出信号电流为半 波脉动波形,晶体管导通角0=180° 截止区 (3)甲乙(AB类工作状态 :饱和区 静态工作点设置在放大区内,但接 近截至区,在信号的大半周期内三极 管导通,导通角0>180° 截止区 (4)丙(C类工作状态 饱和区 静态工作点设置在截至区内,晶体管只 有在信号正半周的一部分时间内导通,输 出信号电流波形只有一个尖顶,导通角 截止区 0<1800。 返回

3 晶体管的工作状态 (2) 乙(B)类工作状态： ·Q 饱和区 c i uBE 静态工作点设置在截至区边缘，只有信 号正半周晶体管导通，输出信号电流 ic为半 波脉动波形，晶体管导通角θ＝1800 (3) 甲乙(AB)类工作状态 ·Q 饱和区 c i uBE 静态工作点设置在放大区内，但接 近截至区，在信号的大半周期内三极 管导通，导通角θ＞1800 (4) 丙(C)类工作状态 饱和区 静态工作点设置在截至区内，晶体管只 有在信号正半周的一部分时间内导通，输 出信号电流波形只有一个尖顶，导通角 θ＜1800 。 uBE 截止区 截止区 截止区·Q c i 返回

4.甲类放大器的功率输出 电路仿真 (4)晶体管的管耗PrPr=Pg-Po 中点上 E C 最大集电极功耗:Pn oin 当输入信号=时,B=0,所以有P1=PEA C1 (2)负载上的输出功率: Po=输出电流×输出电压(有效值) o max /×/ 22 ce 而U E I CEI C E Ico cg (3)放大器效率n n=Po/PE CEO Ec 最大效率:nm=Pn/P=25% ce 返回

EC us 4.甲类放大器的功率输出 若设静态工作点正好设置在直流负载线的中点上 . (1) 电源提供的直流功率： PE＝电源端电压 EC × 流过电源的直流 ICQ ＝EC . ICQ (2) 负载上的输出功率： PO ＝输出电流 × 输出电压（有效值） cm cem cm cem 0 I U 2 1 2 U 2 I P max = × = × 而 cem C ce (sat ) Ec 2 1 E U 2 1 U = -  cm cQ CE0 CQ I = I - I  I 0 Ec ICQ 4 1 \P = max (3) 放大器效率η η=P0 / PE 最大效率：ηmax=P0max / PE=25 % (4) 晶体管的管耗 PT PT＝PE－PO 最大集电极功耗：PTmax=PE－Pomin 当输入信号 vs=0 时，PO＝0 ,所以有 PT＝PE Icm Ucem EC C C R E uce c i Ic Q UCEQ ·Q + uce _ 电路仿真 Uce(sat) 返回

3.4.2乙类推挽输出级的工作原理 1.互补输出级电路及工作原理 (1)电路结构 T1:NPN与R→射随器 BEl Lo lcI T2:PNP与R→射随器 E LBEI -UBE2 L C BE2 T2 静态时o=0 E (2)工作原理分析: 电路仿真 当输入信号v为正弦波时:u l(正半周)>0,→T1导通,T2截至 LD-l R ⅣL u4<0,→T1截至,T2导通→=i2Rn≈u;ic T1和T2交替工作→推挽 n1正弦波→m正弦波→不同极性的T,1 和T2互相补偿→互补 休息1休息2 返回

ui EC -Ee uo 3.4.2 乙类推挽输出级的工作原理 １． 互补输出级电路及工作原理 （1） 电路结构 T1：NPN 与 RL→射随器 T2：PNP 与 RL→射随器 EC＝－Ee，uBE1＝uBE2 静态时 u0=0 (2) 工作原理分析： 当输入信号 ui为正弦波时： ui （正半周）＞0，→T1导通，T2截至 →u0=ic1RL≈ui ui<0 , →T1截至，T2导通→u0=-ic2RL≈ui T1和 T2交替工作→推挽 ui 正弦波→u0 正弦波→不同极性的 T1 和 T2互相补偿→互补 ui iC1 iC2 io io=ic1 -i uBE1 c2 uBE2 ic1 i c2 电路仿真 休息1 休息2 返回

1互补输出级电路及工作原理 (3)传输特点: i死区:u=0,士0.5V范围 Bel l。=c 产生非线性失真→交越失真 iH跟随区: L BE2 RI 斜率≈1(因为v1≈u),射随器特性 T2 E upton 正跟随区 →负跟随区 电路仿真 L 0n2 饱和区 线性区域 跟 i;饱合区:T1和T2轮流饱合 正饱合区电压:L=Ec-UcEm 跟 负饱合区电压:=E+UcE2m饱和区死区/8 产生非线性失真→消波失真 返回

ui EC -Ee uo 1 互补输出级电路及工作原理 (3) 传输特点： 死 区 跟 随 区 i: 死区：ui=0,±0.5V 范围 产生非线性失真→交越失真 ii: 跟随区： 斜率≈1（因为 ui≈u0），射随器特性 ui>Uon1 →正跟随区 ui<－Uon2 , →负跟随区 线性区域 iii: 饱合区：T1和 T2轮流饱合 正饱合区电压：uo=Ec－UCE1(sat) 负饱合区电压：u0=-Ee+UCE2(sat) 产生非线性失真→消波失真 饱和区 饱和区 跟 随 区 uo ui io=ic1 -i uBE1 c2 uBE2 ic1 i c2 电路仿真 Uon2 Uon1 返回

1互补输出级电路及工作原理 (4)减少交越失真的方法 E C 方法:为T1和T2提供一定量的静态 偏置,使其工作在甲乙类工作状态。 电路结构: D -2D1 BEI D1和D2构成偏置电压 D-4D2 U BE D≈ U RL BEI 2 T2 D2 UI BE2 E T1和T2在u=0时有一个初始的 偏置电压,这种电路称为甲乙类互 电路仿真 电路仿真2 补推挽放大器,由于静态偏置电流 较小,与乙类相似,分析方法也与 乙类相同。 休息1休息2 返回

EC -Ee ui 1 互补输出级电路及工作原理 (4) 减少交越失真的方法 方法：为 T1和 T2提供一定量的静态 偏置，使其工作在甲乙类工作状态。 电路结构： D1和 D2构成偏置电压： UD1＝UBE1 UD2＝UBE2 T1和 T2在 ui=0 时有一个初始的 偏置电压，这种电路称为甲乙类互 补推挽放大器，由于静态偏置电流 较小，与乙类相似，分析方法也与 乙类相同。 + UD1 _ + UBE1 - + UD 2 _ + UBE 2 - 电路仿真2 休息1休息2 电路仿真1 返回

(5)变压器耦合推挽功放 is电路结构: 1/ier=(N1N2)2u1 Rb1 而u1lir=R;ln/i=RL +|T2 Tr1 lI L=(N1N2RL RLML R (负载折合到初级绕组上 T2 半部分的等效电阻) Rb2 使uin=u12 电路仿真 T2输出变压器,具有阻抗变换作用设变压器T的初级 绕组匝数为2N,次级绕组匝数为N2, 则有:u1/u=N1N2→“n L 2/V1 L 返回

EC ui ui1 ui2 u1 u2 uL (5)变压器耦合推挽功放 i: 电路结构： T1：NPN T2：NPN 同极性管 Rb1,Rb2:基极偏置电阻， 减少交越失真 Tr2:输出变压器，具有阻抗变换作用设变压器 Tr2的初级 绕组匝数为 2N1，次级绕组匝数为 N2， T1，T2工作在甲乙状态。 Tr1: 输入变压器，中心抽头， 使 ui1=-ui2 则有：u1/uL=N1/N2 L 2 1 1 u N N  u = ic1/iL=N2/N1 ， L 1 2 c 1 i N N i = \ u1/ic1 =(N1/N2) 2 uL/iL 而 u1/ic1=RL ’ ； uL/iL= RL \RL ’ =(N1/N2) 2RL （负载折合到初级绕组上 半部分的等效电阻） 返回 电路仿真

(5)变压器耦合推挽功放 i工作原理 Rb1 Tr2 Trull RL HL L i2 12 Rb2 休息1休息2 返回

EC uL ii: 工作原理 ui ui1 ui2 iC1 iC2 iL (5)变压器耦合推挽功放 + ui1 - + ui2 - ui iC1 iC2 iL 休息1休息2 返回