Chap6模擬集成單元電路（10學時，第4,5課）

例1：擴音系統執行機構功放的作用→用作放大電路的輸出級，以驅動執行機構。如使揚聲器發聲、繼電器動作、儀表指針偏轉等。功率放大電壓放大信號提取6.7功率放大器電壓型負載；電流型負載；功率型負載例2：溫度控制R1-R3：標準電阻Va:基準電壓Rt

：熱敏電阻A：電壓放大器RtTvO室溫T

溫度調節過程VbvO1voR1aR2VCC+R3Rt

功放b溫控室A+-vo1加熱元件最大集射電壓BVCEO→避免反偏的集電結擊穿；

最大集電極電流ICmax→避免連接PN結至封裝引腳之間的導線融化；

最大功率PTmax→避免功率過大而導致的熱燒壞。6.7.1功率管的極限參數Note：PTmax≠BVCEOICmaxICmaxPTmaxBVCEOIcvCE為保證BJT的安全運用，必須做到以下幾方面：避免發生集電結的擊穿避免集電結過熱，集電極的功率損耗應低于最大容許值。工作時不應進入二次擊穿區若三極管工作于一次擊穿的時間不長，則這種現象是可逆的，但二次擊穿會給BJT留下永久的損傷。功率管的安全應用避免導線融化例6.24BJT功率管電路及其安全工作區。ICmaxPTmaxBVCEOIcvCE結論→晶體管在靜態時消耗的功率最大。可得出現最大功耗時的集電極電流為：3.晶體管處于大信號工作狀態，非線性失真比小信號放大器嚴重。其指標可用總諧波失真（即非線性失真）系數THD來衡量。2.電源提供的能量應盡可能地轉換給負載，以減少晶體管及線路上的損失，即要注意提高功放的效率。4.功放電路不能用小信號等效電路分析，一般采用圖解分析法對其輸出功率、效率等指標進行粗略估算。功放的特點和指標→1.功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數不能超過晶體管的極限值（ICmax

BVCEO

PTmax）。根據功率管在電路中工作時在一個正弦信號周期內的導通時間的多少，功率放大器主要分為四種基本類型：6.7.2功率放大器的分類①直流偏量②負載線③效率1.甲類功放→導通角360度2.乙類功放→導通角180度3.甲乙類功放→導通角大于180度4.丙類功放→導通角小于180度主要知識點→1.甲類功放→以基本的共射放大電路為例進行討論：假設靜態工作點Q位于直流負載線的中間位置，即最大動態范圍點→圖6.57基本的共射放大電路及其直流負載線甲類功率放大器的功率及效率的分析→忽略基極電流，BJT消耗的瞬時功率為：假設輸入為正弦信號，則：→Ip和Vp分別為集電極正弦電流、集射正弦電壓的振幅。負載電阻RL的瞬時功率為：滿激勵輸出→功放不出現削波失真的最大輸出。晶體管的瞬時耗散功率與時間的關系曲線考慮極限時的情況：Ip=ICQ，Vp=VCC/2，則BJT消耗的瞬時功率為：負載的最大平均信號功率為：①總諧波失真(THD)；②功率效率：負載獲得的信號平均功率占電源提供的總平均功率的比例。衡量功率放大器好壞的參數→直流電壓源VCC提供的平均功率為：

最大效率為：結論：甲類功放的最大平均管耗是最大輸出功率的2倍。例6.25共源極電路中，電路參數為VDD=10V，RD=5k；場效應管參數為K=1mA/V2，VT=1V，=0。為減小非線性失真，設不失真輸出電壓的范圍在臨界點和VDS=9V之間，計算電路的效率。題型：計算甲類功率放大器的效率。直流負載線方程為：在臨界點：聯立以上三個方程，得臨界點方程為：分析→要想獲得最大不失真輸出電壓，需要使靜態工作點Q位于臨界點VDSt=1.32V和VDS=9V的中間位置，則：負載電阻上的最大振幅為：獲得的信號最大平均功率為：直流電壓源提供的平均功率為：1.甲類功放的效率非常低；若再考慮直流偏置電路等的功率損耗，甲類功放的效率在10％～20％之間。有關甲類功放的討論→2.在分立元件電路中，可以通過使用電感或變壓器來提高甲類功放的轉換效率，達到近50％。圖6.59(a)電感耦合甲類功放(b)直流和交流負載線電路分析：在直流時，電感相當于短路，在高頻交流信號作用時相當于開路，因此交流電流可全部耦合到負載上。忽略電感自身的電阻，假設RE足夠小，則：為了得到最大不失真輸出信號，靜態工作點設置于交流負載線的中間位置，即：i.用電感代替集電極電阻，最大效率可提高一倍→假設信號頻率最低時仍滿足L>>RL，則：

靜態集射電壓VCEQVCC負載上電流的最大幅值為ICQ，忽略偏置電阻R1、R2消耗的功率，則：圖6.60用變壓器將信號耦合到負載的共射放大電路及其交、直流負載線ii.用變壓器將信號耦合到負載時，最大效率可提高一倍→忽略變壓器自身的電阻，假設RE足夠小，則：負載電阻等效到變壓器初級后的電阻為：由于理想變壓器不消耗功率，所以：式中VCC和ICQ是負載上正弦信號的最大幅值。2.乙類功放因為甲類功放的靜態工作點設置在放大區交流負載線的中點，所以晶體管本身要消耗功率，同時負載本身也消耗直流功率（如圖6.57(a)所示電路）。為了減小甚至基本消除晶體管本身的功耗和負載本身的直流功耗，采用推挽輸出電路。圖6.61由兩個互補對稱BJT構成的推挽功放互補對稱→電路中采用NPN、PNP晶體管特性一致。無輸出電容的互補對稱功放電路（OCL電路）→電路的結構特點：①

由NPN型、PNP型三極管構成兩個對稱的射極輸出器對接而成；②

雙電源供電；③

輸入輸出端不加隔直電容。ic1ic2動態分析：(忽略導通壓降）vi

0V→Q1截止，Q2導通vi>0V→Q1導通，Q2截止→iL=ic1

;vi-VCCQnQpvo+VCCRLiL→iL=ic2乙類功放特點2→Qn、Qp都只在半個周期內工作。故不需要隔直電容。靜態分析：vi=0V→Qn、Qp均不工作

→

vo=0V一.工作原理（設vi為正弦波）乙類功放特點1→靜態工作電流為零。乙類放大的輸入輸出波形關系→死區電壓ViVoV"oV′otttt交越失真：輸入信號vi在過零前后，輸出信號出現的失真。交越失真vi-VCCQnQpvo+VCCRLiL乙類功放特點3→存在交越失真。VLmax①負載上得到的最大功率為：iL-VCCRLviQnQPvo+VCC若忽略晶體管的飽和壓降，則RL上的電壓和電流的最大幅值分別為：二.參數計算流過每個電源的電流為半個正弦波，其平均值為:②則兩個電源提供的總功率為：tic1當滿激勵時：結論→OCL電路效率較高；但電流、電壓波形存在失真。分析單管最大平均管耗PT1max與PLmax的關系→

即輸出電流振幅為滿激勵電流振幅的63.7％時，單管有最大平均管耗→單管最大平均管耗PT1max與最大輸出功率PLmax的關系：結論：乙類功放單管最大平均管耗是最大輸出功率的20%。乙類功放的效率在50%~78.5%之間。乙類功放存在的問題→輸入電壓在-0.7V<vI<0.7V之間時，沒有一個BJT導通，負載上的電壓為零，導致輸出的波形失真。交越失真：由晶體管交替工作時產生的的失真圖6.62(a)電壓傳輸特性圖6.62(b)交越失真甲類乙類甲類的輸出波形不失真，但轉換效率較低；乙類的轉換效率較高，但輸出波形失真。如何使得電路既獲取較高的轉換效率，又使輸出波形不失真？？從電路的結構入手!!甲類、乙類功放的優缺點3.甲乙類功率放大器克服交越失真：在靜態時給每個晶體管加上一個很小的直流偏置，使輸入交流電壓在整個周期內的所有值上都在負載上產生輸出。3.1采用二極管偏置的甲乙類功率放大器→實用互補推挽功放電路3.2采用VBE倍增器提供偏量的甲乙類功率放大器→晶體管Q1及電阻R1和R2由電流源IBias提供直流偏置，而Q1及R1和R2又為互補推挽電路提供偏置電壓。若忽略基極電流，則：Qn和Qp的基極之間的電壓為：根據對VBB的要求來設計倍增因子的大小。3.3采用射極跟隨器提供直流偏置的甲乙類功率放大器→電阻R1、R2和Q1、Q2構成的兩個射極跟隨器為互補推挽放大器提供直流偏置。當vI>0↑時，iE1、iB1↓→iR1↓→VR1↓→vB3↑vB3↑→iE3↑→vo>0↑iE2、iB2↑→iR2↑→VR2↑→vB4↑vB4↑→iE4↓→vo<0↓忽略R3和R4上的壓降以及Q3和Q4的基極電流，有：由于輸出級是射極跟隨器電路，所以輸出電流為：電路對稱時，兩管發射極連接點的電壓為VCC/2。當電路工作于乙類狀態時，電容C成了VT2導通的直流供電電源。電容C兩端的電壓變化量要小，因此，要求電容的容量應足夠大，且工作頻率越低，電容容量越大。推導可得當最低工作頻率下電容的容抗小于電阻的1/20時，方可保證電容上的電壓變化不超過VCC/20，即：3.4單電源甲乙類功率放大器→相同導通特性的器件復合后仍為原導通特性；不同導通特性的器件復合后的導通特性取決于驅動管。3.5復合BJT及準互補推挽功率放大器→復合管→又稱