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第3章功率放大电路PPT课件

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第3章功率放大器PPT课件

第3章功率放大器PPT课件

缺 双电源， 点 电源利用率不高
最大输出功率
主
Pom
1 2
V
2 CC
RL
要 公
直流电源消耗功率
PE
2 VC
CIcm
式 效率 理 想 78.5%
最大管耗 PC1m 0.2Pom
OTL
结构简单，效率高，频率 响应好，易集成，单电源
输出需大电容， 电源利用率不高
Pom
1 8
V
2 CC
RL
PE
1 VC
CIcm
甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。
单管甲类电路
做功放适合吗？
乙类推挽电路 iB
0
u BE
UomVCC2UCES
信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 β为常量，则负载
上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。
两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。
OTL 电路
输入电压的正半周：
＋VCC→T1→C→RL→地
＋
C 充电。
输入电压的负半周：
C 的 “＋”→T2→地→RL→ C
“ －” C 放电。
静态 uI 时 U B， U EV 2 CC
Uom(VCC
2)UCES 2
C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。
开启 电压
① 静态时T1、T2处于临界导通状态， 有信号时至少有一只导通；
② 偏置电路对动态性能影响要小。
消除交越失真的互补输出级
静 态UB ： 1B2UD1UD2 动 态ub： 1ub2ui
若I
＞
2

第3章 高频功率放大器电路

第3章 高频功率放大器电路
定义集电极效率为：
Po 1 I c1m U cm 1 C g 1 ( ) PD 2 I C0 VCC 2
（3.23） （3.24）
16
其中，
g 1 ( )
I c1m 1 ( ) I C0 0 ( )
U cm VCC
称为集电极电压利用系数， 1 。 称为波形系数。
g cU im iCmax 2 U cm U cm (1 cos ) Re (2 sin2 )
动态特性不仅与Re有关，而且与 有关。
20
图3.6 高频谐振功率放大器的动特性曲线
21
2.谐振功率放大器的工作状态 由图3.6可知，若改变电路参数，瞬时工作点 A(uBEmax , uCEmin ) 的位置可能发生移动。因此，根据A点的位置不同，谐振功率 放大器有欠压、临界和过压三种工作状态。
U im cos VBZ VBB
cos VBZ VBB U im
（3.10）
9
需要注意的是，VBB可正可负，即
VBZ VBB 的长度。将u
（VBZ VBB 就是图3.4中 )
BE代入式（3.7），并利用式（3.10）可得：
iC gc (uBE VBZ ) g c (VBB U im cost VBZ )
第 3 章 高频功率放大器电路
内 容
3.1 高频功率放大器概述 3.2 谐振功率放大器的工作原理 3.3 谐振功率放大器的特性分析 3.4 谐振功率放大器电路与设计 3.5 丁类和戊类谐振功率放大器 3.6 集成射频功率放大器及其应用简介 3.7 宽带高频功率放大器
2
3.1 高频功率放大器概述
高频功率放大器是各种无线电发射机的重要组成部分， 主要用来对载波信号或高频已调波信号进行功率放大，其输 出功率小到几毫瓦，大到几百瓦，上千瓦，甚至兆瓦量级。 在高频功率放大领域内扮演重要角色的是高频谐振功率放大 器。本章主要介绍高频谐振功放的基本原理、动态特性、功 率和效率等指标和高频谐振功放电路的实际设计，并简要介 绍了集成和宽带高频功放与有关技术。

第三章四互补对称功率放大电路

第三章四互补对称功率放大电路

一个信号 状态 周期内导
通时间
工作特点
整个周 失真小，静态电流
甲类 期内导 大，管耗大，效率
通
低。
半个周 失真大，静态电流
乙类 期内导 为零 ，管耗小，
通
效率高。
甲乙 类
半个多 周期内 导通
失真大， 静态电 流小 ，管耗小，
效率较高。
图示
三、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless) （一）电路组成及工作原理
U(BR)CEO＞2VCC=2×24V=48 V。 放大电路在最大功率输出状态时，集电极电流幅度达最大值
Icmm，为使放大电路失真不致太大，则要求功率管最大允许集电
极电流ICM满足ICM＞Icmm=VCC/RL=3A。
四、甲乙类互补对称功率放大电路 （一）甲乙类双电源互补对称功率放大电路
1、乙类互补对称功放的交越失真
2
4.7 / /5.1 2.2
111
Au2 (dB) 20 lg111 41(dB)
RL1 R3 / / Ri2 5.1/ /1.7 1.3k
总的电压增益： Au=Au1·Au2=(-9.6) ×(-111)=1066 A(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)=19.6+41=60.6(dB)
（三）甲乙类单电源互补对称放大电路 OTL电路： 1.电路组成
2.工作原理
当 ui > 0 时：V2 导通，C 放电，V2 的等效电源电压 0.5VCC。 当 ui < 0 时：V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。 注意： 应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。

《功率放大电路 》课件

《功率放大电路 》课件
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xx年xx月xx日
• 功率放大电路概述 • 功率放大电路的工作原理 • 功率放大电路的设计与实现 • 功率放大电路的常见问题与解决
方案 • 功率放大电路的发展趋势与展望
目录
01
功率放大电路概述
定义与特点
总结词：基本概念
详细描述：功率放大电路是一种电子电路，其主要功能是将微弱的输入信号放大 至足够大的功率，以满足各种应用需求。其主要特点包括高输出功率、高效率、 良好的线性度和稳定性等。
功率放大电路的效率问题
01
功率放大电路的效率直接影响到能源利用率和设备发热情况。
02
功率放大电路的效率是指在输出功率中有效功率所占的比例。
如果效率不高，会导致能源利用率低，设备发热严重。
解决方案： 采用高效功率放大器件和拓扑结构减小能量损耗。
05
电流连续工作模式，晶体管在整个信号周期内均 处于导通状态，适用于低频信号放大。
乙类功率放大电路
采用两个晶体管分别放大正负半周期信号，以实 现功率放大，适用于高频信号放大。
3
甲乙类功率放大电路
结合甲类和乙类放大电路的特点，晶体管在信号 正负半周期内导通，适用于一般信号放大。
功率放大电路的效率分析
01
失真
由于非线性效应引起的输出信 号畸变程度。
带宽
表示功率放大电路能够正常工 作的频率范围。
03
功率放大电路的设计与实 现
功率放大电路的设计原则
效率优先
设计时应优先考虑效率，确保电路在放大信 号的同时，尽可能减少能量损失。
线性度
在放大过程中，应保持信号的线性关系，避 免失真。
稳定性
为避免自激振荡，电路设计应确保功率放大 电路的稳定性。

03第3章功率放大电路

03第3章功率放大电路
iC(AV) 2π1 π 0Icmsimωtd(ωt)
=Icm/π
因 Icm=Uom/RL≈Vcc/RL 代入PE一般式得
PE=2×[Vcc×(Vcc/RLπ)] =（4/π）×[（Vcc）2/2RL]
POM=（Vcc）2/2RL 得证
所以 ，PE=2×[Vcc×(Icm/π)]
3.2 互补对称功率放大电路 3．效率
(2) 每只管集电极最大损耗功率Pcm Pcm=0.2POM
3.3集成功率放大器
目前，已经能够将功率放大器和它前面的 推动级电路做在一块硅芯片上即成为集成 功率放大器。其优点是体积小、重量轻、 性能好、可靠性高。
有许多类型可供选用，按着IC手册要求 使用。
上述功放特点 甲乙类功放失真小，但效率较低乙类功放失真较大，但效率高
2）按工作频谱分 低频功放 高频功放 宽带功放 脉冲功率放大器
3）按 制做工艺分 ： 分立件功放 集成功放 4）按构成方式 ： 分变压器耦合 OCL型 OTL型
3.1 概述
3、功率放大器类型
甲类
甲乙类
乙类
3.2 互补对称功率放大电路
第3章 功率放大电路
3.1 概述 3.2 互补对称功率放大电路 3.3 集成功率放大器
功放 是电子设备中 不可少的单元电路 需要掌握 [教学要求] 掌握功放基本概念
了解功放电路参数
3.1 概述
什么是功率放大器 • 供给负载足够功率，控制它工作 • 一个能量转换器，直流电源能量 • 通常处于设备末级
3）取 UCES≈0，代入上式得 POM=(Vcc)2/2RL
4）测量输出功率方法 PO=(UOL)2/2RL
3.2 互补对称功率放大电路
2、直流电源供给功率PE 指两个电源供给的总功率

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知识清单
知识清单
2.LM386
LM386是一种小功率音频放大器，它外接元件少，功耗低，频率响应范围宽等。电源电压
使用范围为4～16V。图3-4（a）为管脚功能图、图3-4（b）为典型应用电路。
知识点精讲
【知识点1】甲类功率放大电路的计算
【例1】已知某甲类功率放大电路的 = 12, = 30, = 8Ω，求输出功率 ，变压比
知识点精讲
【解】本题选B。
知识点精讲
下列描述OCL和OTL功放电路功能不正确的是
（ ）
A.都能实现功率放大功能，都能消除交越失真
B.OCL电路采用双电源，电路结构复杂，OTL功放电路结构简单，便于集成
C.OCL功放电路广泛应用于一些高级音响设备中
D.LM386集成功放的内部为OTL电路
【分析】乙类OCBiblioteka 和OTL功放电路都存在交越失真，但在对称的功放管前加上偏置电路，为功
内半周导通，半周截止。
（3）甲乙类:Q点位置略高于乙类，但低于甲类。当输入正弦信号时，功放管导通大于半
周。
知识清单
二、甲类功率放大电路
1.电路特点:非线性失真小，但静态电流较大，晶体管消耗的功率大，效率低。输入与输出
均采用变压器耦合，输出变压器的作用一方面隔断直流耦合交流，另一方面变换阻抗，使负载
采用一个正电源和一个负电源供电，发射极输出，直接耦合。
2.输出功率
1 2
≈
/
2
3.实用电路为克服交越失真，电路需设置静态工作点，使功放管处于微导通状态。选用功放管
时，极限参数应满足:


> 2 , >

, > 0.2

第3章高频功率放大


ic是一串周期性尖顶余弦脉冲， 即： ic =Ic0 +Ic1m cosωt+Ic2mcos2ωt+ …
3.2 谐振功率放大器工作原理
1.UBE = Eb + Ubmcosωt，其中Eb < UB‘，导通角θ<900 工作在丙类状态。 2. ic是一串周期性尖顶余弦脉冲，即
ic =Ic0 +Ic1m cosωt+Ic2mcos2ωt+ …… 3.负载LC回路对信号源频率ω谐振, 即对ic的基频谐 振，则负载回路两端输出电压为基波电压:
就交流通路而言, 滤波匹配网络介于功率 管和负载之间, 如图所示：
3.5 谐振功率放大器实际电路
滤波网络功能： 1.充分滤除高次谐波分量, 以保证RL上获得基波功率。
2.将功率管提供功率Pn尽量高地传输到负载RL上。
即要求ηk=
PL PO
尽量接近于1。
常用的网络除L型外,更多的是采用三个电抗元件组成
3.2 谐振功率放大器工作原理
3.2 谐振功率放大器工作原理
（1）功放的最佳θ角：θ=700左右。 （2）用于倍频工作时，θ角最佳选择：
实现二倍频：θ=600 ，α2(θ)最大。 实现三倍频：θ=400 ，α3(θ) 最大。
3.3 谐振功放的功率与效率
一、功率计算
1.输出功率P0
P0
=
1 2
I
2 c1m
倍频
一、倍频器的用途 1.降低设备的主振频率，保证主振器的稳定性。 2.扩展发射机输出级的频段. 3.用于调频发射机中，以增加调制度。
3.6 倍频器
二、倍频器的分类 1.变容二极管参量倍频器：倍频次数大于3。 2.三极管丙类倍频器：倍频次数为2到3。

第3章---射频功率放大器

RL。另外当传输线从1端到2端有电流i通过时，传输线另 一导体上必然有电流为i，即i＝2u/RL。当传输线从1端到 2端有电流i通过时，传输线另一导体上必然有电流i从4端 流向3端，因为4端与1端相连，这个电流相当于从1端到3 端，结果信号源流入传输线输入端的总电流为2i。根据上 述分析可得，传输线变压器的输入阻抗如(3.3.14)所示。
图3.17 阻抗匹配网络的连接 图3.18 功率放大器组成框图
对阻抗匹配网络的基本要求是 1)将负载阻抗变换为与功放电路的要求相匹配的负载
阻抗，以保证射频功放电路能输出最大的功率。 2)能滤除不需要的各次谐波分量，以保证负载上能获
得所需频率的射频功率。 3)网络的功率传输效率要尽可能高，即匹配网络的损
可以采用同轴电缆、带状传输线、双绞线或高强度的 漆包线，磁心采用高频铁氧体磁环(MXO)或镍锌(NXO)。 频率较高时，采用镍锌材料。磁环直径小的只有几毫 米，大的有几十毫米，选择的磁环直径与功率大小有 关，一个15W功率放大器需要采用直径为10～20mm 的磁环。传输线变压器的上限频率可高达几千兆赫， 频率覆盖系数可以达到104。 一个1∶1的倒相传输线变压器的结构示意图如图3.23 所示，采用2根导线(1～2为一根导线，3～4为另一根 导线)，内阻为RS的信号源uS连接在1和3始端，负载 RL连接在2和4终端，引脚端2和3接地。
耗要小。 常用的射频功率放大器匹配网络有L形、π形和T形，有
时也采用电感耦合匹配网络。根据匹配网络的性质， 可将功率放大器分为非谐振功率放大器和谐振功率放 大器。非谐振功率放大器匹配网络采用高频变压器、 传输线变压器等非谐振系统，它的负载阻抗呈现纯电 阻性质。而谐振功率放大器的匹配网络是一个谐振系 统，它的负载阻抗呈现电抗性质。

功率放大电路ppt课件

IB 1 .8 5 A i A S
R L 8
CH8 功率放大电路
v V v I B i AS i
VBIAS=0.6V 放大器的效率
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P om η 100 % 24 . 7 % ( P P ) VCVE
效率低(笔记)
CH8 功率放大电路
8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路
P P P 11 . 46 W V o T
CH8 功率放大电路
Pom % 78 . 5 % PV （2）所选功率管的最大允许管耗PCM必须大
PT1max=0.2Pom=1.8W ；
管子c-e耐压V(BR)CEO应大于2VCC=24V ； 管子的最大集电极电流ICM应大于Iomax=VCC / RL=12/8=1.5A。 （3）因为管耗最大时Vom≈0.6VCC ，所以管耗最大时的输出功率为： 2 Vom (0.6VCC)2 Po 3 . 24 W 2 RL 2 8 （4）因为在
8.3.3 功率BJT的选择
功率与输出幅 度的关系 2. 功率BJT的选择 P390
CH8 功率放大电路
CH8 功率放大电路
例题．工作在乙类的OCL电路如图所示。已 知VCC=12V，RL=8Ω，vi为正弦电压。
1．求在Vces≈0 的情况下，电路的最大输出功 率Pomax、及此时的效率η和管耗PT 。 2．根据主要极限值选择管子。 3．求管耗最大时的输出功率Po 。
V om
4 V CC
0 .5 4 V CC 7 .6 V 0.5 时， V om
8.3.3 功率BJT的选择
1. 最大管耗和最大输出功率的关系
因为
V 1V CC om V P ( om ) T1 R π 4 L

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V1 基极电位进一步提高，进 入良好的导通状态；
负半周，VB下降，V1截止，V2 基极电位进一步降低，进入
良好的导通状态。从而克服
死区电压的影响，去掉交越
失真。
+UCC
R1 V1
V1
B
UL
ui V2
iL
R2
V2 RL
-UCC
两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为
“甲乙类放大” 。
HOME
甲乙类放大的波形关系：
b ib V1
V2
ic1 1ib ,
ib2

e
ie1
(1
1)ib ,
ic2 2ib2 ,
e
ic ic1 ic2 1 2 (1 1) ib
HOME
方式二：
e
e
b ib V1 V2
ic c
ib b
c ic
复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下：
Po 18.1 55.7%
PU 32.5
HOME
(2) 在最大输出功率时，最大输出电压为24V。
Pom

1

U
2 CC
2 RL
1 24 36W 28
PUm

2

U
2 CC
RL
2 242
8
45.8W
PV = PU – Po= 45.8 - 36 = 9.8W (此时两管的功耗并
电压，又要输出大电流。 2。两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以 对器件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极 管，电阻，电容等。 2。后者对电源转换效率要求不高，因为输出功率 较小，所以电源本身功耗不大，一般可以不考虑 功率损耗。而前者对电源要求高，电路设计中要 提高能量转换效率。
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2 0
RL
总共率（2直流电源）
PE 2ICOUCC 2UCC 2
RL
效率
Pom 78.5%
PE 4
2.甲乙类互补对称功率放大电路
乙类放大的交越失真
ui
交越失真:在两管交替
工作前后都存在一个 0.7
输入特性的死区电压
VO －
ωt
而引起的截止工作区， 0.7V
导致输出电压、电流
uo
波形失真。
PE 91.7
PT PE Po 91.7 72 9.85W
2
2
3.3 OTL电路 (1) 特点
+UCC
T1、T2的特性一致； 一个NPN型、一个PNP型
T1 C
两管均接成射极输出器； +
输出端有大电容；
uI
单电源供电。
-
A+ +
T2 RL uo -
(2) 静态时(ui= 0)
VA
U CC 2
uo
UCC
效率
Po 36.1 100% 55.5%
PE 65
每管功耗
PT PE Po 65 36.1 14.5W
若 Uim UCC 224V
2
Po UCC 2 242 72W 2RL 2 4
PE 2 UCC 2 2 242 91.7W
RL 4
Pom 72 100% 78.5%
为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电
路。 OTL电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源供电。
1.乙类互补对称功率放大电路
无输出电容放大电路(OCL)
iC1
iC 2
iB1
UCC t uo
t
t
ui
R1
t
iB1
iC1
T1
t
iB 2
ui
R2
VE iB 2
T2
iC 2 +
iC
Q
●
ωt
uCE
iC
ωt
iC
Q
●
uCE
ωt 上页
Q
●
uCE
返回
要提高效率就要减小直流静态电流，让功率放大电路工 作在乙类状态。
3.2 互补对称功率放大电路
互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。 当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压
器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路， 简称OTL电路。 若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成
信号严重失真
晶体管的三种工作状态： iC
甲类工作状态
甲类
晶体管在输入信号
的整个周期都导通
静态IC较大，波形
好, 管耗大效率低。
iC
乙类工作状态
乙类
晶体管只在输入信号
的半个周期内导通，
静态IC=0，波形严重
失真, 管耗小效率高。
iC
甲乙类
甲乙类工作状态
晶体管导通的时间大于 半个周期，静态IC 0， 一般功放常采用。
1
射击输出器
ro RC
较小
较大
射击输出器的输出电阻小,可与低阻值负 载功率匹配。
如图，电路与负载直接耦合 输出功率的最om
RB
2 22
当Q位于负载线中央，则：
ui
Uom UCC , Iom IC 2
Pom 1 UCCIC 4
直流电源供给的功率：
OTL原理电路
电容两端的电压
uC
U CC 2
,
IC1 0， IC2 0
(3) 动态时
设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。
输入交流信号ui的正半周
T1导通、T2截止； 同时给电容充电
T1 ic1 A + uo -
uo
输入交流信号ui的负半周 +
RL
T2导通、T1截止；
ui
T2 ic2
电容放电，相当于电源 -
PE
8RL
U2 CC
4
(4) 交越失真
ui
当输入信号ui为正弦波时，
输出信号在过零前后出现的
O
t
失真称为交越失真。
交越失真产生的原因
交流通路 若输出电容足够大，其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。
输出电压的幅值 Ucem UCC 2 Ice Ucem RL UCC 2RL
Pom 1 IceUcem UCC 2
2
8RL
PE ICOUCC UCC UCC UCC 2
2RL
2RL
Pom UCC 2 2RL 78.5%
解：Uim 2 12 17V
UCC
T1
输出功率
Po Uo2 172
u2
Po UCC 2 242 72W
2RL 2 4
36.1W
RL
T2
2RL 2 4
输出电流幅值 Iom U 1 17 4.25A RL 4
电源供给的电流 ICO 2 Iom 2.71A
输入功率 PE UCCICO 24 2.71 65W
正半周。 负半周。
uo 为完整的正弦波。
（3）输出功率及效率
; u io 的最大幅值 Icm Ucem RL
cem 的最大幅值
Ucem UCC 忽略 UCES
输出最大功率
Pom
1
IcmUcem
U2 cem
UCC 2
2
2RL 2RL
平均电流 ICO 1 xIcm sin t Icm UCC
第3章 功率放大电路
前置级 电压放大回路
最后级 功率放大级
对功放电路的要求：输出功率PO 尽可能大
效率η要高
非线性失真尽可能小
分析电路采用：图解分析法
下页 返回
3.1射击输出器的功率放大作用及工作状态 3.1.1 射击输出器的功率放大作用
1. 射击输出器的功率匹配 2. 比较: 共射级放大电路
ro rbe RS
RL
PE UCCIC
UCC
T
uo
电路的效率：
Pom 0.25 25%
PE
ic
IC(mA )
Q
uiCcE
O t
UCE(V)
uCE
t
3.1.2 射级输出器的工作状态
1.工作状态: 甲类 乙类 甲乙类
2.晶体管三种工作状态的优缺点
优点
缺点
信号不失真
管耗大,电路效率低
甲类 甲乙类 乙类
管耗低,电路效率高
RL uo
t
1. 静态分析
T1 T 2 特性参数及正、负电源电压完全对称
VE 0 即 UCE1 UCC UCE2 UCC
u 0 i
时T1 T 2 都截止两管均工作在乙类放大状态
uo 0
2. 动态分析
u i i u i 正半周, T1 导通, T 2 截止, o c1 o
u u i i i 负半周, T 2导通, T1 截止, o c2 o
O
ωt
上
下
返
2.甲乙类互补对称功率放大电路
ui
UCC
0
RB
T2
ic 2
D1
+
D2
T1
ui RE
T 3 io
UioCC
0
uRL o
ic3
0
UCC io 消除交越失真的措施：加很小的直流偏压
0
t
t
t
t
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例 UCC 24V , RL 4 ui 212 sin tV
求：输入功率，输出功率，效率， 每管功耗；