前置:模电学习笔记_双极晶体管及其放大电路(5)

一.基本知识点

2.8 电源放大电路

功率放大器的作用：放大电路的输出级，驱动扬声器、继电器等执行机构。

2.8.1 功率放大电路的特点及分类

1.功率放大电路的特点
(1)输出功率大
功放管的电压和电流需要足够的输出范围，因此晶体管通常存在接近极限状态下工作
注：电路参数不得超过晶体管的极限值I_CM,V_CEM,P_CM

（2）效率高
功率放大器的输出功率直流电源提供的能量转换的。
效率负载获得信号功率与电源提供的直流功率之比。比例越大，效率越高

P_O：负载上获得的交流信号功率
P_DC：电源提供的直流功率

(3)非线性失真小

(4)功放管需要散热和保护
在功率放大电路中，大部分功率消耗在集电结上，使管道温度升高。

(5)一般采用图解法分析

2.功率放大电路的分类
按照晶体管工作状态不同，一般模拟功放可以分为甲类（A类）、乙类（B类)、甲乙类（AB类）和丙类（C类）四种。
(1)甲类放大(导角)θ=180°）：晶体管静态Q点在放大区域，电流在输入信号的整个周期内流过晶体管；
(2)甲乙类放大(90)°＜θ＜180°）：Q点接近零点，晶体管有半个多周期导通；
(3)乙类放大（θ=90°）：Q点在零点（V_BE晶体管只有半个周期导通；
(4)丙类放大（θ＜90°）：Q点在零点以下（NPN:V_BE晶体管的导通时间小于半个周期

2.8.2 互补对称功率放大电路

1.互补对称(互补推挽)功放类型:
(1)变压器输出方式
(2)无变压器输出模式（OTL电路：Output TransformerLess）
(3)无电容输出（OCL电路：Output CapacitorLess）

2.变压器耦合输出
选择合适的变比，在负载中获得尽可能大的输出功率

3.乙类互补功率放大电路原理及参数（OCL电路）
(1)电路组成及工作原理
互补对称：两个晶体管用于电路：NPN、PNP每一个。两管具有相同的特性，形成互补对称射极输出器。
★两个晶体管只工作半个周期

(2)实际乙类互补输出的波形图及其特点

①静态电流I_CQ，I_BQ等于0；
②每个三极管导通时间为半个周期；
③由于死区电压的存在，电路存在交越失真

(3)计算主要参数

①输出功率
负载上输出的正弦电压范围V_OM，输出电流的范围为I_OM=V_OM/R_L，则：
负载上获得的信号功率为P_o=0.5V_omI_om=0.5V_om²/R_L。
不考虑V_CES最大输出功率：
V_omax=V_CC，I_omax=V_CC/R_L，P_omax=0.5V_CC²/R_L
考虑晶体管饱和压降V_CES最大输出功率：
V_omax=V_CC-V_CE（sat）
I_omax=(V_CC-V_CE（sat）)/R_L
P_omax=V_omax²/(2R_L)

②计算电源提供的直流平均功率
每个电源的电流为半个正弦波(峰值为_Vom~），其平均值为
I_av1=I_av2=V_om/（πR_L）
两个电源提供的总功率是
*P_DC=2V_CCI_av1=2V_CCV_om/（πR_L）
当V_om=V_omax且忽略饱和压降V_CES时，P_DCmax=2V_CC*V_CC/（πR_L）

③效率和最高效率
输出幅值是电压时的效率
P_o/P_DC=π/4 *V_om/V_CC
&nbp;     V_omax=V_CC，P_omax/P_DCmax=π/4≈78.5%

（4）晶体管的选择（未考虑饱和压降）
        ①I_CM＞V_CC/R_L
        ②V_(BR)CEO＞2V_CC
        ③P_CM大于任意时刻电源功率与输出功率之差
        ④晶体管的最大功耗
                P_T1max=P_T2max=0.5(P_DC-P_o)=1/π² *V_CC²/R_L≈0.2P_omax
        故选择时，P_CM＞0.2P_omax

4.单电源供电的互补功率放大电路（无输出变压器的互补对称功放电路OTL）
（1）特点：
        ①单电源供电；
        ②输出加有大电容
（2）静态分析
        
        调整R使得T₁,T₂有合适的静态电流
（3）动态分析

        T₃集电极电压信号为正半周时，T₁导通（见红色虚线）、T₂截止；
        T₃集电极电压信号为负半周时，T₂导通（见蓝色虚线）、T1截止；
        若输出电容足够大，电容上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。
（4）最大输出功率及效率（分析方法同OCL，参数计算中只需将OCL中的VCC用0.5VCC替代即可。）