电工学第八章功率放大器.ppt

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1、电子技术基础,第八章 功率放大器,模拟电路部分,第八章 功率放大器(power amplifier ),8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 乙类互补对称功率放大电路 8.3 甲乙类互补对称功放电路,例1： 扩音系统,功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。,8.1功率放大电路的一般问题,1. 功率放大电路的主要特点,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。 管子工作在接近极限状态。,2. 要解决的问题,提高效率,减小失真,一般直接驱动负载，带载能力要强。,3. 提高效率(effic

2、iency )的途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,管子的保护,4. 三极管的三种工作类型,由于静态工作点位置的不同，三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作类型：,甲类(class A amplification )：一个周期内均导通,乙类(class B )：导通角等于180,甲乙类(class AB )：导通角大于180,用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？,甲类放大电路，电源始终不断地输送功率，静态时这些功率全部消耗在管子和电阻上，并以热量的形式耗散出去；有信号时，效率最高只有50%,思考,设“Q”设置在 交流负

3、载线中点,VCC,IC,Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,甲乙类和乙类放大电路，静态时，电源输出功率很小或为零；有信号时，电源提供的功率随之增大，提高了电路效率。,虽然甲类和乙类放大电路减小了静态功耗，提高了效率，但输出波形严重失真。为此为了满足功率放大的要求，需在电路结构上采取措施。,用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？,思考,分析功放电路应注意的问题,(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、VCEM 、 PCM 。,(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3) 电源提供的能量尽

4、可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,缺点：但又会引起截止失真。,8.3 乙类互补对称功率放大电路,既降低Q点又不会引起截止失真的办法：互补对称射极输出器。,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称(complementary symmetry )：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。,类型：,8.3.1 无输出电容的互补对称功放电路 （ OCL电路）,一、工作原理（设vi为正弦波）,电路的结构特点：,. 由NPN型、P

5、NP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,. 双电源供电。,. 输入输出端不加隔直电容。,动态分析：,vi 0V,T1截止，T2导通,vi 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。,因此，不需要隔直电容。,静态分析：,vi = 0V T1、T2均不工作 vo = 0V,互补对称功放电路图解分析,vi正半周时T1的工作情况,vi整个周期内T1 、 T2的工作情况,8.3.2 最大输出功率及效率的计算,假设 vi 为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,负载上得到的最大功率为：,若

6、忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：,单个管子在半个周期内的管耗,两个三极管的损耗PT,两管管耗,电源提供的直流平均功率计算：,每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:,两个电源提供的总功率为：,效率为：,结论：OCL电路效率较高；,8.3.3 功率BJT的选择,1.最大管耗和最大输出功率的关系,令,可得，当 时，三极管有最大管耗：,2. 功率BJT的选择,（1）每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于0.2Pom; （2）考虑到当一只BJT导通时，另一只BJT的VCE有最大值，等于2VCC，所以应选用V(BR)CEO2VCC的管子； （3）通过BJT的最大集电

7、极电流为VCC/RL，所以BJT的ICM一般不能低于此值。,例1：电路如前图，设VCC=12V，RL=8，BJT参数ICM=2A，V（BR）CEO=30V，PCM=5W。试求（1）Pom，BJT安全否？（2）=0.6时的PO。,解:(1),(2),安全,(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真(Crossover distorsion)。,乙类放大的特点：,交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，vi VT时晶体管截止。,乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,交越失真: 输入信号 vi在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失

8、真。,克服交越失真的措施：,静态时 T1、T2两管发射结电位 分别为二极管D1、 D2的 正向导通压降，致使两管 均处于微弱导通状态。,1. 电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,8.4 甲乙类互补对称功放电路,动态时 设 vi 加入正弦信号。 正半周， 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 步提高，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。,甲乙类放大的波形关系：,特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。,为更换好地和T1

9、、T2两发射结电位配合，克服交越失真，电路中的D1、D2两二极管可以用VBE电压倍增电路替代。,2. VBE电压倍增电路,合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 VBE 任意倍数的 电压。以满足不同电路克服交 越失真的需要。,图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I IB，则,8.4.2 甲乙类单电源互补对称功放电路 （OTL电路）,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,而 T1、T2 特性对称，,设：前一级放大电路的输出使VA=VCC/2,三、动态分析,设输入端在 0.5VCC 直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， VC基本保持在0.5

10、VCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,vi,四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 vi 幅度足够大。则：,具有偏置电路的OTL功放,T3为前置放大电路，T1和T2为互补对称电路的输出级。,静态时：,选择合适的R1和R2，使K点电位Vk=VCC/2,动态时：,vi负半周，T1导通，电流流过负载RL，向电容C充电；,vi正半周，T2导通，已充电的电容C起着负电源的作用，通过负载RL放电,只要选择时间常数RLC足够大，就可以认为电容C可以代替-VCC的作用,存在的问题：,理想情况下，负载上的输出电压Vom=VCC/2，但实际的输出达不到这个值,当K点向+VCC靠近时，由于R3和vBE1的存在，使T1的基极电流无法增加很多，限制了T1输向负载的电流，使Vom明显小于VCC/2,自举电路,本章小结,功率放大电路是在电源电压确定的情况下，以输出尽可能大的不失真的信号功率和尽可能高的转换效率为组成原则，功放管长工作在极限状态；,本章学习要求,掌握下列概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类的工作状态，最大输出功率，转换效率； 理解功率放大电路的组成原则，掌握OCL的工作原理及其最大输出功率和转换效率的计算方法； 了解其它功放电路的特点，了解功放管的选择方法。,第五章 结束,电子技术基础,模拟电路部分,