模电学习笔记_双极型晶体管及其放大电路（6）

前置：模电学习笔记_双极型晶体管及其放大电路（5）

一.基本知识点

2.8 功率放大电路

    功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，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
    功放管的电压电流需要有足够的输出幅度，因此晶体管往往在接近极限状态下工作
    注意：电路参数不能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由直流电源供给的能量转换得到的。
    效率是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。比值越大，效率越高
    
    P_O：负载上得到的交流信号功率
    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，绝大部分功率消耗在集电结上，使得管子温度升高。

（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（导通角θ=180°）：晶体管的静态Q点在放大区，在输入信号的整个周期内都有电流流过晶体管；
    （2）甲乙类放大（90°＜θ＜180°）：Q点靠近零点，晶体管有半个周期以上导通；
    （3）乙类放大（θ=90°）：Q点在零点（V_BE＜0），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＜0），晶体管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）功放的类型：
    （1）变压器输出方式
    （2）无变压器输出方式（OTL电路：Output TransformerLess）
    （3）无电容输出方式（OCL电路：Output CapacitorLess）

2.变压器耦合输出
    选择恰当的变比，即可在负载上得到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：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支。两管特性一致，组成互补对称式射极输出器。
    ★两个晶体管都只在半个周期内工作
    
（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）主要参数的计算
    
    ①输出功率
        设负载上输出正弦电压幅度为V_OM，则输出电流的幅度为I_OM=V_OM/R_L，则：
        负载上得到的信号功率为P_o=0.5V_omI_om=0.5V_om²/R_L。
        不考虑V_CES时的最大输出功率：
        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时的最大输出功率：
        V_omax=V_CC-V_CE（sat）
        I_omax=(V_CC-V_CE（sat）)/R_L
        P_omax=V_omax²/(2R_L)

②电源提供的直流平均功率计算
        每个电源中电流为半个正弦波（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为
        *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
        输出幅值为某一电压时的效率
        P_o/P_DC=π/4 *V_om/V_CC
        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。）