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第9章功率电路及系统

一、概述1.功率放大电路研究的问题（1）性能指标：输出功率和效率。若已知Uom，则可得Pom。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。（2）分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。（3）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在尽限状态。

对功率放大电路的要求晶体管的工作方式甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。

9—1功率放大器9—1—1功率放大器的特点及工作状态分类特点给负载提供足够大的功率。大信号工作。分析方法以图解法为主。非线性失真矛盾突出。提高效率成为重要的关注点。功率器件的安全问题必须考虑。

二、工作状态分类根据直流工作点的位置不同，放大器的工作状态可分为A类(甲类)、B类(乙类)、C类(丙类)等，如图9—1所示。图(a)中，工作点Q较高(ICQ大)，信号在360°内变化，管子均导通，称之为A类工作状态。图(b)中，工作点Q选在截止点，管子只有半周导通，另外半周截止，称之为B类工作状态。而图(c)中，工作点Q选在截止点下面，信号导通角小于180°，称之为C类工作状态。

图9—1放大器的工作状态分类A类(导通角为360°);B类(导通角为180°);(c)C类(导通角＜180°)

图9—1放大器的工作状态分类A类(导通角为360°);B类(导通角为180°);(c)C类(导通角＜180°)

图9—1放大器的工作状态分类A类(导通角为360°);B类(导通角为180°);(c)C类(导通角＜180°)

分析结果表明，A类工作时非线性失真虽小，但效率太低，且没有收到信号时，电源仍供给功率(ICQ≠0)，这些功率将转化为无用的管耗。B类工作时非线性失真虽大(波形只有半周)，但效率却很高，只要我们在电路结构上加以弥补，非线性失真是可以减小的，所以，在功率放大器中大多采用B类工作。C类工作主要用于高频功率放大器中，这里不予讨论。

9—1—2甲类(A类)功率放大器电路功率放大器的负载是各种各样的。若负载RL很小，则负载线很陡，电流摆幅大，而电压摆幅小，所得交流功率与电压、电流振幅乘积有关，所以不可能使功率最大；反之，若RL很大，则电压摆幅大，电流摆幅小，功率也不可能大。如图9—2(a)所示。图中，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R′L为

式中，n=N1/N2。若RL太小，则要求R′L＞RL，1，变压器为降压变压器；反之，若RL太大，而要求R′L＜RL,n＜1,则采用升压变压器。已知RL和最佳R′L，即可确定变压比n的值。图9—2中RB为偏置电阻，其值决定了Q点的ICQ及IBQ。如果变压器是理想的，则直流工作点电压UCEQ=UCC，直流负载线为一垂直线，而交流负载线通过Q点，其斜率为(-1/R′L)，如图9—2(b)所示。(9—1)

图9—2甲类功放电路及交、直流负载线电路；(b)交、直流负载线

电路；(b)交、直流负载线图9—2甲类功放电路及交、直流负载线

可见，PE是一个固定不变的值，与信号的有无或大小均无关。二、功率与效率的计算电源供出功率PE

负载得到的交流功率PL设变压器效率ηT=1,则PL=PRL=PR′L，即01(9—3)02式中UC和IC分别为集电极交流电压和电流的振幅，信号越大，UC、IC越大，输出功率也将增大。在最佳负载和工作点的情况下，最大交流振幅为03(9—4)04

3.管子功耗PC当信号为零时，PL=0，PCm=PE，电源功率全部变为管耗；而当信号增大时，部分电源直流功率转换为有用的交流功率，管耗反而下降。此时，最大输出功率PLm为(9—5)(9—6)

4.转换能量的效率η(9—7)当信号最强，UCm=UCC,ICm=ICQ时，效率达到最高：(9—8)可见，A类放大器无信号时，效率为零，而信号最强时最大效率也只有50%。这是A类放大器的致命弱点，也是晶体管功率放大器极少采用A类放大器的原因。

9—1—3互补跟随乙类(B类)功率放大器电源互补跟随乙类功率放大器(OTL电路)电路此类功率放大器的电路如图9—3所示，其电路形式和