模拟电子技术基础教学课件 作者 王晓兰 电子课件 第5章_输出级和功率放大电路.ppt

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1、共67页第1页第五章输出级和功率放大电路5.1功率放大电路概述5.2乙类互补功率放大电路5.3甲乙类互补功率放大电路5.4功率放大电路的安全运行5.5功率放大电路的应用共67页第2页5.1功率放大电路概述1)实用电路中，要求放大电路的输出级输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够功率的电路称为功率放大电路，简称功放。2)功放既不是单纯输出高电压，也不是单纯输出大电流，而是在电源电压一定的情况下，输出尽可能大的功率。3)功放电路的组成与分析方法，元器件的选择，都与小信号放大电路有着明显的区别。共67页第3页1）输出功率尽可能大，放大电路

2、的效率可能高。2）非线性失真尽可能小：由于功率放大电路一般处在多级放大电路的末级，处理的信号已经比较大，因此很容易出现饱和失真或截止失真，在电路设计中需要采取专门的措施。3)功率放大电路处理的信号较大，在电路分析中，小信号等效模型已不再适用，所以广泛使用图解法分析此类电路。4）输出电阻尽可能低：由于要求功率放大电路输出直接驱动负载，需要有尽可能高的带负载能力，因此要求放大电路的输出电阻尽可能低。在我们已经学过的三种基本放大电路中，共集电极放大电路，即射极跟随器，或共漏极放大电路，即源射极跟随器是一种比较理想的选择。5）功率放大电路中三极管的

3、保护：功率放大电路中的三极管工作在较大的电压、电流条件下，功率三极管损坏的可能性也就较大，要特别注意极限参数的选择以及功率管的保护，以保证管子安全工作。在功率放大电路中，有相当大的功率会消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高，为了在一定的结温下，使输出功率尽可能增大，需要对功率三极管采取散热措施。5.1.1功率放大电路的要求共67页第4页在甲类工作状态，放大电路的静态工作点一般设置在交流负载线的中间位置，以获得最大不失真输出电压范围。此时，在输入正弦信号的一个周期内，晶体管都能够处在放大状态。1.甲类常见的放大电路工作状态有甲类、乙类、

4、甲乙类三种5.1.2放大电路的工作状态共67页第5页，电路将工作在乙类状态。此时，在输入正弦信号的一个周期内，晶体管只导通半周，而在另外半周，晶体管完全截止2.乙类5.1.2放大电路的工作状态共67页第6页如果在静态时，使有一定的值，但又不像甲类那样大，电路将工作在甲乙类状态。此时，在输入正弦信号的一个周期内，晶体管除导通半周外，在另外半周的部分时段，也能够导通，而晶体管完全截止的时间不足半周。3.甲乙类5.1.2放大电路的工作状态共67页第7页5.1.3放大电路提高效率的途径如何提高放大器的效率？让我们用一个简单的共射放大电路为例来说明。

5、选择合适的参数，使电路工作在甲类状态.忽略共射放大电路基极偏置电阻，得到简化的共射放大电路如图.共67页第8页将静态工作点设置在负载线的中间位置，使放大电路工作在甲类状态，则负载线与横轴的交点为，与纵轴的交点为。静态时，晶体管集电极电流和电压为和。5.1.3放大电路提高效率的途径共67页第9页当输入电压为正弦时，可表达为：其中：，如果忽略，按最大可能的输出范围考虑，则：晶体管集电极的瞬时功率为：为的最大峰值。代入，得5.1.3放大电路提高效率的途径共67页第10页晶体管消耗功率的最大值：该值的大小取决于静态时集电极的电流以及集-射极之间的电

6、压。为了提高放大电路的效率，降低晶体管的功率损耗是最主要的途径。因此，一般情况下使静态时的电流减小，使功率放大电路工作在乙类或甲乙类状态。该式所表达的功率随时间变化的波形如图所示，其值始终大于0。说明晶体管任何时候都在消耗功率。在一个周期内消耗的能量总和为该曲线与横轴所包围的面积。5.1.3放大电路提高效率的途径共67页第11页放大电路的效率定义为输出到负载的功率与电源供给电路的总功率的比值：5.1.3放大电路提高效率的途径电路中负载获得的功率为负载获得的最大功率为而电源供给的总功率为：则该电路的最高效率为：可见共射放大电路的效率不会超过2

7、5%，应用中由于负载电阻的限制等原因，实际效率远低于该值。因此在输出功率大于1W的场合，一般不使用共射放大电路，而是使用射极跟随器电路。共67页第12页在一定的负载电阻情况下，为了使功率放大电路得到最大的不失真输出电压，常需要将负载电阻通过变压器进行阻抗变换后，接入到三极管的集电极，如下图：其中：调整变压器的匝数比，可以使交流负载线的斜率得到改变，以提高最大不失真输出电压范围。5.1.3放大电路提高效率的途径共67页第13页5.2乙类互补功率放大电路5.2.1乙类互补功率放大电路的组成5.2.2乙类互补功率放大电路的分析5.2.3乙类互补功

8、率放大电路中晶体管的选择共67页第14页5.2乙类互补功率放大电路5.2.1乙类互补功率放大电路的组成为了提高放大电路的效率，同时减小失真，将一个由NPN管构成的射极跟随器和另一