功率电子线路

充分激励，尽限运用时：
V cm V CC V CE ( sat ) V CC
求性能指标：Po
PD
I cm V cm 2 2 1 2
1 V CC 2 RL
C
V cm I cm
2
PC
1 V cm 2 RL
2
1 PL
Po

1 2
I cm R L
2
尽限运用时： P o max
1.功率放大器主要指标 （1） 输出功率Po 功率放大器应输出足够大的输出功率Po以推动负载工作。
PO i O v O
（2） 效率ηC 定义：功率放大器的输出信号功率Po与直流电源提供功率PD 之比, 用ηC表示，即 Po C
PD
电源提供的直流功率PD 晶体管的管耗PC (PC=PD-Po) 结论：对于功率放大器，提高效率是一个重要问题。
克服交越失真的途径
在输入端为两管加合适的小正偏电压，使其工作 在甲乙类。
只要 VBB 取值合适，上下两路传输特性起始段的弯 曲部分就可相互补偿，合成传输特性趋近于直线，在输 入正弦电压激励下，得到不失真的输出电压。
iC1
iL= ic1- ic2
Q1 Q 0 vBE2 0 Q2 vBE1 VBEQ 0 ωt
V CE ( sat ) 0
2 PD
IC 0
PD
PD 1 PD 2 2V CC I C 0
1 2
2


0
I cm sin td t
I cm


V CC I cm PD max 2 V CC V CC RL 4 Po max
尽限运用


1
3 C
半个周期饱和导通 另半个周期截止，
iC 0
管耗始终很小，效率很高 90%以上。
1.2 功率放大器的电路组成和工作特性 一、甲类(A类)功率放大器 1、电路 输出变压器初级接到功率管集电极 回路，次级接负载RL 。若变压比为n， 则初级等效交流负载为
n 2RL RL
W1:W2 RB R′L
iE2 ，合成完整的正弦波。
互补推挽
ic1
0 ic2 VCC
ωt
T1 + Vi T2
ic1 ic2
iL + RL Vo -
0 iL
ωt
0
ωt
-VCC (a) (b)
3．乙类推挽功率放大器的性能分析
(1)静态工作点
vi (t ) 0 ic1 ic2 0 VCEQ 1 VCC VCEQ 2 VCC
iC2 0 vi
由于偏置较小，对效率的影响不大。
ωt
常用的甲乙类电路 ① 二极管偏置电路 ② vBE 倍增电路
二极管偏置电路
特点：①二极管交流电阻很小，可认为交流短路，因此偏置电 路不影响输入信号 vi (t) 的传输。 ②二极管具有温度补偿作用→高热稳定性
vBE 倍增电路 (1) 电路 由 T3、R1、R2 组成， 为 T1、T2 提供偏置 VBB。 交流：T3、R1 构成电压负反 馈电路，反馈电路的输出电阻 很小，不影响信号的传输。
vi2 vi1 ，分别加在两管的基射极之间，实现两管轮流
导通。
Tr2——输出变压器，利用初级绕组的中心抽头 将 iC1 和 iC2 在 RL 中叠加，输出正弦波。 T1 和 T2——特性配对、相同导电类型的 NPN 功 率管
(2) 工作原理 (忽略射结导通压降)
vi1(t) ＞ 0 时， vi2(t) ＜ 0，T1 管导通，T2 管截止，ic1 处于
其中： Vcm = VCEQ = VCC
I cm I CQ Vcm / RL VCC / RL
功率参数计算：
①
② ③ ④
PD VC C I C Q PL Po Vcm I cm /2 VC EQ I C Q /2 PD /2 PC PD PL VC C I C Q Vcm I cm /2 PD /2 ηcm a x Po/PD 50%
V CC 练习：乙类互补功放电路。已知：
12 V
R L 8
PCM 5W
功率管的极限参数为： I
CM
2A
V ( BR ) CEO 30 V
试求：1）最大输出功率 P 2）放大电路在 C
0 .6
O max
，并检验功率管是否安全工作；
PO
时的输出功率
1.3 乙类推挽功率放大电路

Po PD
2 2
V cm I cm V CC I cm

V cm
4 V CC

尽限运用时:
V cm V CC , C max

4
78 . 5 %
非尽限运用： 激励不足，Vcm 减小，引入电源电压利用系数 表示 Vcm的 减小程度。

V cm V CC , ( 0 ~ 1)
vce ic RL
RL n RL， n
2
W1 W2
斜率
1 RL
③ 求动态范围
(3)功率性能
输入充分激励，Q 处在负载线中点，忽略非线性失真，
且 VCE(sat) = 0，ICEO = 0，则：
iC I CQ I cmsin t， vCE VCEQ Vcmsin t
PC 2 1
2
iC
iC
Q
0
ωt
0
vBE
0
iC vCE dt
(a)
（2）乙类工作状态 晶体管半周导电，半周 截止。集电极电流只在半 周内随信号变化, 而在另外 半个周期为零, 即导通角θ 等于90°。
iC
iC
0
π
2π
Q ωt 0
vBE
特点：效率提高了（直流电流为零）
问题： 非线性失真大(波形只有半周)
P P P Cmax D CM
二、乙类推挽功率放大电路
乙类工作时，为了在负载上合成完整的正弦波，必须采用 两管轮流导通的推挽 (Push-Pull) 电路。有多种实现方案：
(1) 变压器耦合乙类推挽功放 (2) 互补推挽功放
1. 变压器耦合功放 (1) 电路结构
Tr1——输入变压器，利用次级绕组的中心抽头将 vi (t) 分成两个幅值相等，极性相反的激励电压
第1章
功率电子电路
功率电子电路
功率放大器
电源变换电路
1.1 功率放大器概述
1.2 功率放大器的电路组成和工作特性
1.3 乙类推挽功率放大器
1.4 整流与直流稳压电路
1.1 功率放大器概述
功率放大器的主要内容:
功放电路组成
工作原理 图解分析法 性能指标估算 功率管选择
功率放大器的特点： (1) 给负载提供足够大的功率。 (2) 大信号工作。 (3) 分析方法以图解法为主。 (4) 非线性失真矛盾突出。 (5) 提高效率成为重要的关注点。 (6) 功率器件的安全问题必须考虑。
（3）性能分析 （图解法）
vi > 0，T1 导通，负载线 AQ 过 Q 点，斜率为 1/RL ；
vi < 0，T2 导通，负载线 AQ 过 Q 点，斜率为 1/RL 。
iL iE1 iE 2 iC1 iC2 I cm sin t
v L i L R L V cm sin t V cm I cm R L
（3）非线性失真 功率放大器是大信号运用， 信号动态范围往往超出晶体管的 线性区域，导致输出信号失真。因此减小非线性失真，成为功率 放大器的又一个重要问题。 功率放大器的要求： 在保证晶体管安全运用的情况下，获得尽可能大的输出功率、 尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。
2. 功率放大器的分类
PD是一个固定不变的值，与信号的有无或大小均无关。
结论：功率放大器极少采用A类放大器。
(4)功率管的选择 集电极上的最大电压 vCEmax = VCEQ +Vcm 2VCC，通过 集电极的最大电流 iCmax = ICQ + Icm 2ICQ 。 安全工作条件：
VCEmax 2VCC V(BR)CEO V(BR)CEO集射极之间击穿电压 即 VCC V(BR)CEO / 2 iCmax 2 I CQ I CM 即 I CQ I CM / 2 ( P 0) 0
VCC RL
T
最佳负载
W1 W2
vi CB
n
变压器耦合功放
（1）静态分析
① 画直流通路 ② 画直流负载线 直流负载线方程：
vCE = VCC
直流负载线：EF ③求Q点 IBQ， ICQ，VCEQ = VCC
甲类变压器耦合功率放大器的图解分析
(2)动态分析 ① 画交流通路 ② 画交流负载线 交流负载线方程：
正半周的半个正弦波； vi2(t) ＞0 时， vi1(t) ＜ 0，T2 管导通，T1 管截止，ic2 处于负 半周的半个正弦波。iC1 和 iC2 在 RL 中叠加，输出正弦波。
2．互补推挽电路
(1)电路特点
T1 与 T2：功率管互补配对
(2)工作原理(忽略射结压降)
通过 RL 的电流 iL = iE1 –
解决：在电路结构上加以弥补。
(b)
（3）甲乙类工作状态 它是介于甲类和乙类之间 的工作状态, 静态工作点Q较低， 靠近截止区，即发射结处于正 向运用的时间略超过半个周期, 小于一个周期, 即导通角θ大于 0 90°小于180° 特点：效率略低于乙类
iC
iC
Q π 2π ωt 0 vBE
(c) 此类状态是为了克服乙类特有的交越失真设置。