第7章 功率放大电路
精品文档-扩频通信技术及应用(第二版)(暴宇)-第7章
第7章 扩频系统的方案设计(一)
2. 1） 差分编码器完成对双路并行数据的差分编码。 在DPSK情 况下， 其编码规则为
outn=inn outn－1
式中， out、 in分别表示输出和输入； n表示时刻。 在 DQPSK情况下， 编码规则如表7-1所示。
第7章 扩频系统的方案设计(一)
第7章 扩频系统的方案设计(一) 经差分编码的输出信号与来自PN码产生器的伪码序列进行 模2加， 完成扩频。 PN码产生器提供两组最长可达64 chip 的伪码序列， 分别用于捕获和数据的扩频。 PN码的长度可 在1～64 bit之间编程。 一般地， 为提高系统捕获概率， 宜用长序列来捕获， 而为了提高数据传输速率， 宜用短序列 来进行数据扩频。
第7章 扩频系统的方案设计(一) (5) 系统工作最高时钟可达45.056 MHz， 当使用45 MHz 时， PN码位元的收发速率可达11.264 Mc/s； (6) 允许处理长达65 533个符号的帧长； (7) 使用其内部的电源管理功能可以大大节省功耗； (8) 可工作于连续和突发两种模式； (9) 允许双频(频分双工)和单频(时分双工)操作。
第7章 扩频系统的方案设计(一) 图7-6 本扩频系统基本部分组成框图
第7章 扩频系统的方案设计(一) 各部分功能如下： （1) 传感器探测单元： 探测对应区域的目标， 一旦 探测到目标， 将产生一个触发信号， 以触发微控制器， 使其进入发射中断程序，ຫໍສະໝຸດ 开始发射对应的探测单元的编码信 号。
电工电子技术基础知识点详解7-1--思政引例
第7章基本放大电路思政引例黑发不知勤学早，白首方恨读书迟。
——颜真卿在第二次世界大战中却将自己的缺点暴露无遗，体积大、能耗高、寿命短、噪声强，都严重制约着它的实际应用和价值。
因此基于迫切的战时需要，各国科学家都开始更加深入地研究晶体管及其放大电路。
1947年12月23日，美国贝尔电话实验室的巴丁博士、布莱顿博士和肖克莱博士发现了晶体管的电流放大作用，这一发现在人类科技史上具有划时代意义。
正是晶体管产生，推动了全球范围内的半导体电子工业发展，集成电路及超大规模集成电路应运而生，使电子技术进入飞速发展时代。
3位杰出科学家因此获得了1956年诺贝尔物理学奖。
晶体管是双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）的简称，又称三极管，它由两个背靠背连接的PN结（发射结和集电结）构成，在两个PN结上加不同的偏置电压，PN结所处状态也会随之改变，从而导致三极管呈现出不同的特性和功能。
在教室里上课，坐在后排同学们能够清楚地听到教师课堂授课的声音，是因为教室里有扩音器，扩音器是如何放大声音的？收音机、电视机都要将接收到电台信号进行放大，才能带动扬声器发出声音。
那么，收音机是如何将接收到微弱电台信号放大的？电视机是如何将电视台发送的信号进行放大的？学完本章的内容之后，你将对这些奥秘不再陌生。
在模拟电路中利用它的放大作用放大微弱信号，而在数字电路中则常把它作为开关元件来使用。
放大电路是将微弱电信号放大到所需数量级，且功率增益大于1的电子电路。
对放大电路的基本要求是：波形尽可能不失真并具有足够的放大倍数。
要使波形不失真，只有建立合适的工作点，使晶体管始终工作在放大区，不进入截止区和饱和区。
从电压放大电路组成和作用出发，介绍放大电路性能要求。
介绍重点介绍放大电路的静态分析和动态分析方法。
首先根据放大电路的直流通路进行静态分析，以保证放大电路具有合适静态工作点；然后，根据交流通路采用微变等效电路分析法进行动态分析，计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
功率放大电路(基本放大电路)
IC Q
ICQ
UCE
IB
ib t ic
IC Q
t
ib t
ui
t
UBE
uCE怎么变化
UCE
假设uBE有一微小的变化
(2-25)
IC
ic
t
uCE的变化沿一 条直线
UCE u 相位如何 ce
uce t
uce与ui反相！
(2-26)
各点波形
iC
+EC
RC RB C1 iB
ui
t iB ui t
结正偏，并提 供适当的静态 工作点。
(2-16)
+EC RC C1 T RB EB
集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。
C2
(2-17)
+EC RC
C1 T RB EB C2
集电极电阻， 将变化的电流 转变为变化的 电压。
(2-18)
耦合电容：
电解电容，有极性。 大小为10mF~50mF
返回
(2-49)
图2.3.5 利用图解法求解静态工作点 和电压放大倍数
返回
(2-50)
2.3.4 动态分析
一、三极管的微变等效电路
1. 输入回路 iB iB uBE uBE 当信号很小时，将输入特性 在小范围内近似线性。
u BE ube rbe iB ib
对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻rbe。
c
rce很大， 一般忽略。
e
(2-53)
二、放大电路的微变等效电路
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: uo ui RB
RC
RL
ii
ib
基本 放大电路
第三节 多级放大电路
四、阻容耦合多级放大电路的分析
由两级共射放大电路采用阻容耦合组成的多级放大电路如 图7-17所示。
由图7-17可得阻容耦合放大电路的特点: (1)优点 因电容具有“隔直”作用，所以各级电路的静态
工作点相互独立，互不影响。这给放大电路的分析、设计和 调试带来厂很大的方便。此外，还具有体积小、质量轻等优 点。 (2)缺点 因电容对交流信号具有一定的容抗，在信号传输 过程中，会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗 很大，不便于传输。此外，在集成电路中，制造大容量的电 容很困难，所以这种祸合方式下的多级放大电路不便于集成。
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第三节 多级放大电路
三、变压器耦合
我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。 其电路如图7-16所示。
变压器耦合的特点: (1)优点 因变压器不能传输直流信号，只能传输交流信号
和进行阻抗变换，所以，各级电路的静态工作点相互独立， 互不影响。改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，因而 容易获得较大的输出功率。 (2)缺点 变压器体积大而重，不便于集成。同时频率特性 差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。
分压偏置共射极放大电路如图7-12 (a)所示，发射极电阻 RE起直流负反馈作用，在外界因素变化时，自动调节工作点 的位置，使静态工作点稳定。
分压偏置共射极放大电路的直流通路如图7-12 (b)所示电路
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第二节 共集电极电路
一、共集电极放大电路的组成
如图7-13 (a)所示，由于直流电源对交流信号相当于短路， 集电极便成为输入与输出回路的公共端，因此这个电路称为 共集电极放大电路，简称共集放大器，又称射极输出器它的 直流通路如图7-13 ( b)所示，交流通路如图7-13 (c)所示。
功率放大电路工作原理
功率放大电路工作原理功率放大电路是电子设备中常见的一种电路，它能够将输入信号的功率放大到更大的输出功率，从而驱动负载实现相应的功能。
在现代电子产品中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大、功率放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，以便读者能够更好地理解和应用功率放大电路。
功率放大电路的工作原理主要包括输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面。
首先，输入信号放大是功率放大电路的基本功能之一。
当输入信号进入功率放大电路时，经过放大器的放大作用，输入信号的幅值会得到增大，从而实现对输入信号的放大处理。
而放大器的放大倍数则取决于放大器本身的增益特性，通常通过调节放大器的电路参数来实现不同的放大倍数。
其次，功率放大是功率放大电路的核心功能之一。
在输入信号经过放大器放大后，功率放大电路会将输入信号的功率放大到更大的输出功率。
这通常通过功率放大器来实现，功率放大器能够将输入信号的电压和电流进行放大，从而实现对输入信号功率的放大。
在功率放大的过程中，需要注意功率放大器的工作状态和输出功率的稳定性，以确保输出信号的质量和稳定性。
最后，输出负载驱动是功率放大电路的另一个重要功能。
在输出信号经过功率放大后，需要通过输出负载来驱动相应的负载，实现对负载的驱动和控制。
输出负载通常是电阻、电容、电感等元件，通过合理设计输出负载电路，可以实现对负载的匹配和驱动，从而实现对输出信号的有效控制和传输。
总的来说，功率放大电路的工作原理是通过输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面的功能实现对输入信号的处理和输出功率的放大。
在实际应用中，需要根据具体的需求和电路设计要求来选择合适的功率放大电路，并合理设计电路参数和工作状态，以实现对输入信号的有效放大和输出功率的稳定控制。
希望通过本文的介绍，读者能够更好地理解和应用功率放大电路，为相关领域的电子设备设计和应用提供参考和帮助。
第7章 基本放大电路习题与解答
第7章放大电路基础题解答习题A 选择题7-1在固定式偏置电路中，若偏置电阻R B的值增大了，则静态工作点Q将（）。
BA. 上移B. 下移C. 不动D.上下来回移动7-2在图7-5中，若将R B减小，则集电极电流I C、集电极电位U C分别是（）。
D A．减小、增大 B. 减小、减小 C.增大、增大 D. 增大、减小7-3在图7-5中的晶体管原处于放大状态，若将R B调到零，则晶体管（）。
CA.处于饱和状态B.仍处于放大状态C.被烧毁7-4图7-9中交流分量u o与u i、u o与i c、i b与i c的相位关系分别是是（）。
CA同相、反相、反相 B.反相、同相、反相 C.反相、反相、同相 D.反相、同相、同相7-5在共发射极放大电路中，（）是正确的。
BA．r be=U BE/i B B.r be=u be/i b C. r be=U BE/I B7-6在图7-17(a）所示的分压式偏置放大电路中，通常偏置电阻R B1( )R B2。
AA. >B. <C. =7-7图7-17(a)所示电路中，若只将交流旁路电容C E出去，则电压放大倍数| A u |（）。
AA.减少B.增大C.不变7-8射极输出器（）。
BA.有电流放大作用，也有电压放大作用B.有电流放大作用，没有电压放大作用C.没有电流放大作用，也没有电压放大作用7-9射极跟随器适合作多级放大电路的输出级，是因为它的（）BA. 电压放大倍数近似为1B. r i很大C. r O很小7-10在甲类工作状态的功率放大电路中，在不失真的条件下增大输入信号，则电源供给的功率、管耗分别是（）。
CA.增大、减小B.减小、不变C. 不变、减小D. 不变、增大7-11在共射放大电路中，若测得输入电压有效值U i=5mV时，当未带上负载时U＝1V，负载电阻R L值与R C相等，则带上负载输出电压有输出电压有效值'o效值U o＝（）V。
BA.1B.0.5C.-1D.-0.57-12在NPN型构成CE放大器，在非线性失真中，饱和失真也称为（）。
功率放大电路工作原理
功率放大电路工作原理功率放大电路是指能够将输入信号的功率放大的电路。
在现代电子设备中，功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理，帮助读者更好地理解其工作原理。
首先，功率放大电路的基本结构包括输入端、输出端和放大器。
输入端接收输入信号，经过放大器放大后，输出到输出端。
放大器是功率放大电路的核心部件，它能够将输入信号的功率放大到一定的水平，以满足实际应用的需求。
在功率放大电路中，放大器通常采用晶体管、场效应管等器件。
这些器件能够根据输入信号的变化，控制电流或电压的变化，从而实现对输入信号的放大。
在放大器中，通常还会加入负载电阻、耦合电容等元件，以提高放大器的稳定性和线性度。
功率放大电路的工作原理可以通过以下步骤来解释，首先，输入信号经过输入端进入放大器，放大器根据输入信号的变化，控制输出端的电流或电压变化；其次，输出端的信号经过负载电阻等元件，最终输出到外部电路。
在这个过程中，放大器起到了将输入信号功率放大的作用。
在实际应用中，功率放大电路通常需要满足一定的性能要求，比如输出功率、频率响应、失真度等。
为了实现这些性能要求，设计功率放大电路需要考虑放大器的工作点、负载匹配、反馈电路等因素。
通过合理的设计，可以使功率放大电路达到较好的性能指标。
除了单级功率放大电路外，还有级联放大、并联放大等多种功率放大电路结构。
这些结构能够根据实际应用的需求，灵活地组合使用，以满足不同的功率放大要求。
总的来说，功率放大电路是现代电子设备中不可或缺的部分，它能够将输入信号的功率放大到一定水平，满足实际应用的需求。
通过合理的设计和优化，可以使功率放大电路达到较好的性能指标，为各种电子设备的正常工作提供保障。
综上所述，功率放大电路的工作原理是基于放大器对输入信号功率的放大，通过合理的设计和优化，能够实现对输入信号的有效放大，满足实际应用的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解功率放大电路的工作原理，为相关领域的研究和应用提供参考。
电子技术基础
图1-1二极管的伏安特性曲线①OA段：死区。
死区电压：硅管为05V，锗管为02V
②AB段：正向导通区。
导通电压：锗管为07V，硅管为03V。
（2）反向特性：
①OC段：反向截止区。
反向截止区的特点：
随反向电压增加，反向电流基本不变，电流值比较小。只有当温度升高时，反向电流才会增加。
（2）求交流放大系数时，取△IB=20μA，△IC=1 mA，则交流放大系数β=△IC/△IB=50。
（3）当基极IB=0时，对应集电极电流即为ICEO的值，根据三极管的输出特性，IB=0的曲线对应的集电极电流IC约为02 mA。
第一章半导体器件的基础知识
第二章二极管应用电路
第三章三极管基本放大电路
第四章负反馈放大器
第五章正弦波振荡器
第六章集成运算放大器
第七章功率放大器
第八章直流稳压电源
第九章晶闸管及应用电路
第十章逻辑门电路
第十一章数字逻辑基础
第十二章组合逻辑电路
第十三章集成触发器
第十四章时序逻辑电路
6 PN结：经过特殊的工艺加工，将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起，则在两种半导体的交界处就会出现一个特殊的接触面，称为PN结。
7 PN结内电场的方向：由N区指向P区。内电场将阻碍多数载流子的继续扩散，又称为阻档层或耗尽层。
8 PN结的反向击穿是指PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结的反向击穿。
半导体器件是各种电子线路的核心，晶体二极管和晶体三极管及场效应管是应用广泛的半导体器件之一，熟悉并掌握这些半导体器件的结构、特性及主要参数是本章的重点。
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3. 防止二次击穿的措施
（1）在设计电路时，要设法使晶体管工作在安全区 以内，而且还要留有余地。例如增大功率余量，改善散 热情况，选用较低的电源电压。
（2）使用时要尽量避免产生过压和过流的可能性， 不要将负载开路或短路，不要突然加强信号，同时不允 许电源电压有很大波动。
散热器 晶体管
(a) 齿轮形
晶体管 散热器
(b) 指状形
晶体管
散热器
(c) 板条形
7.5.2 功率管的二次击穿 1. 二次击穿现象
iC
iC
低电压大电流状态
B 0
二次击穿
A 一次击穿
uCE
0
S/B曲线 IB>0 IB=0 IB<0
uCE
(a) 二次击穿现象
(b) 二次击穿临界特性曲线
2. 二次击穿产生的原因
7.2.3 复合管互补功率放大电路
1、复合管
推动管
IC1
IB IE1 =IB2
输出管
IC
IC2
IE
IC IC1 IC2 1IB1 2IB2 1IB1 2IE1 1IB1 2(1 1)IB1 (1 2 12 )IB1 12IB1
增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。
c
c
ib
iC
静态时：
＋ VCC
ui = 0V ic1、ic2均=0（乙 类工作状态） uo = 0V
动态时：
ui
Ｔic１1 uo
ui > 0V ui 0V
T1导通，T2截止 iL= ic1 ;
T1截止，T2导通 iL=ic2
Ｔ２
RL
ic2
－V CC
T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
组合特性分析——图解法
V11、V12 用于消除交越失真 V8、V10 构成 PNP 准互补对称
3. 实际应用电路
7.5 功率器件
7.5.1 功率管的散热
1. 热阻
环境 A
外壳C 管芯J
环境 A
散热器S
(a)晶体管的散热示意图
J
Tj
PC
R
Tc
Rjc
C
Rcs
Rca
S Rsa
A
(b)晶体管的散热等效电路
2. 晶体管的散热计算
Ｔ１ uo
Ｔ２
RL
－V CC
7.2.2 OTL乙类互补对称功率放大电路
静态时，T1、T2 导通，VCC对电容充电，电容两端的电压为VCC /2。
动态时，当输入信号处于正半周时，T1导通，T2截止，ie1流过负载， 产生uo,同时对电容充电。 当输入信号为负半周时，T1截止，T2导通，电容放电，产生电流ie2 通过负 载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。
根据有信号输入时，管子在一个周期内导通时间的不同，功 率放大电路的输出级可以分为甲类、乙类、甲乙类、丙类、丁类。
甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。静态电流大
于0，管耗大，效率低。
乙类：静态电流为0，BJT只在
iC
正弦信号的半个周期内均导通。
静态电流等于0，效率高。
甲乙类：介于两者之间，
18 27 36 4负反馈
1. 8 开路时，
Au = 20 (负反馈最强)
1. 8 交流短路
Au = 200 (负反馈最弱)
V1、V6 ：射级跟随器，高 Ri
V2、V4：双端输入单端输出差分电路
V3、V5：恒流源负载
V7 为驱动级(I0 为恒流源负载)
V7 ~ V12：功率放大电路
b
T1
ib
iC
b
T1
复合NPN型
ib
b
T2 ie
ec
iC
T
复合PNP型
b
T2 ie
ec
iC ib
T
ie
1 2
ie
e
e
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
复合管的特点
•复合管的β是两个管β1、β2的乘积。 •复合管的管型取决于推动管。 •使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入 电流应与推动管的输出电流一致。
别为二极管D1、 D2的正向导通
D1
压降，致使两管均处于微弱导 通状态——甲乙类工作状态
ui
动态时：设 ui 加入正弦信号。正半
D2
周 T2 截止，T1 基极电位进一步
提高，进入良好的导通状态；负 半周T1截止，T2 基极电位进一步
R2
降低，进入良好的导通状态。
Ｔ１ uo
RL
Ｔ２
－ VCC
波形关系：
特点：存在较小的静态
iB
iB
电流 ICQ 、IBQ 。
每管导通时间大
于半个周期，基
IBQ
本不失真。
uBE
t
uB1
iC
t UT ICQ
iC VCC /RE ib IBQ Q VCC uce
7.4 集成功率放大器
7.4.1 LM386 集成功放及其应用
1. 典型应用参数： 直流电源： 4 12 V 额定功率： 660 mW 带 宽： 300 kHz 输入阻抗： 50 k
uCE
PCM ICQVCC
三极管的极限工作区
7.2 乙类互补对称功率放大电路
7.2.1 OCL乙类互补对称功率放大电路
一. 结构
互补对称： 电路中采用两个晶
体管：NPN、PNP各 ui
一支； 两管特性一致。组
＋ VCC
Ｔ１ uo
Ｔ２
RL
成互补对称式射极输 出器。
－V CC
二、工作原理（设ui为正弦波）
uCE
静态时管耗最大，即 PT max PV VCC ICQ
效率
Po
1 2
IomUom
IomUom
PV ICQVCC 2ICQVCC
最高效率
max
Pom PV
50%
甲类功率放大器存在的缺点：
• 输出功率小 • 静态功率大，效率低
功放管的选择
ICM 2ICQ
U(BR)CEO 2VCC
用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：
PT1max发生在Uom=0.64VCC处。
将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：
PT1max
0.2VCC2 2RL
0.2Pom
选功率管的原则：
1. PCM PT1max =0.2PoM
PoM
VCC2 2RL
2．U(BR)CEO 2VCC ui
＋ VCC
PV 4 VCC
3.效率
最高效率max
Uom
VCC
时，
max
4
78.5%
四．三极管的最大管耗
在乙类互补对称功放中，由于直流电源提供的功率一部分转化 为负载上的输出功率，其余部分全部消耗在管子上，因此T1、T2上 的总管耗为：
PT
PV
PO
2 RL
VCCUom
U
2 om
4
问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？
过电压区 过损耗区 它们的位置如图所示。
三极管的极限工作区
2、电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 3、电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少
晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。
PV = PT Po
PO 100%
PV
PT :耗散在功率管上的功率，成为管耗 Po: 负载上得到的交流信号功率。 PV ：电源提供的直流功率。 4、功放管散热和保护问题
POM
1 (VCC 2
U CES )2 RL
9.8W
ui
电源提供的功率和效率为：
PV
2VCC
(VCC
U CES ) RL
13.4W
POm 100 % 73%
PV
VCC
io RL uo
VCC
输入输出波形图 ui
uo ´
死区电压
uo
ui
uo
交越失真
＋ VCC
Ｔ１ uo
Ｔ２
RL
－V CC
于是两个三极管一个正半周，一个负 半周轮流导电，在负载上将正半周和负半 周合成在一起，得到一个完整的不失真波 ui 形。
VCC
C RL uo
和双电源供电的乙类功率放大器的计算公式的唯一区别是
电源电压，只要将原公式中的 VCC 用
VCC 2
取代即可。
例题：在OTL和OCL电路中，VCC均为15V，RL=10Ω, UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出 功率、电源提供的功率、效率。
例： 扩音系统
信
电
功
号
压
率
提
放
放
取
大
大
7.1.1 功率放大电路的特点
1、输出功率尽可能大
一样分在有大放功大确率U区(定三B、R极过的)过C饱管E电，电O和的所流超区压输决区过、区出定截是此特由。止由值性c区、中最，外e，大β间，除允将的从了许明使击与用集显穿普和电下通电安三极降压全极电。角管流
度还分过有电流区过损耗区由集电极功耗PCM所决定。
解：在OTL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：
VCC
POm
1
(VCC 2
2
U CES ) 2 RL
2W
电源提供的功率和效率为：
PV
VCC
(VCC 2
U CES ) RL
3W
ui
io C
RL uo
POm 100 % 67%
PV
在OCL电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：