4功率放大电路解析

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1、第四章第四章 功率放大电路功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点4.2互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路4.3采采用复合管的互补对称式放大电路用复合管的互补对称式放大电路4.4集成功率放大器集成功率放大器4.1 主要特点一、功率放大电路研究的问题一、功率放大电路研究的问题二、对功率放大电路的要求二、对功率放大电路的要求三、晶体管的工作方式三、晶体管的工作方式四、功率放大电路的种类四、功率放大电路的种类 1.性能指标：输出功率和效率。：输出功率和效率。若已知若已知Uom，则可得，则可得Pom。L2omomRUP 最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。最大输

2、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。：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。：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近在功放中，晶体管集电极或发射极电流的最大值接近最大集电极电流最大集电极电流ICM，管压降的最大值接近，管压降的最大值接近c-e反向击穿电反向击穿电压压U(BR)CEO，集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率散功率PCM。称为工作在极限状态。称为工作在极限状态。一、功率放大电路研究的问题二、对功率放大电路的要求1.1.输出功率尽

3、可能大:即在电源电压一定的情况下，最即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。大不失真输出电压最大。2.效率尽可能高:即电路损耗的直流功率尽可能小，静即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态时功放管的集电极电流近似为0。3.非线性失真小：QIBQUBEQ三、晶体管的工作方式1.甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态2.乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态3.甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态4.丙类方式三极管的工作状

4、态三极管的工作状态 功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。乙类或甲乙类工作状态。四、四、变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路 输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，管子的平均电流如何变化？输入信号增大，管子的平均电流如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？做功放适合吗？做功放适合吗？1.单管甲类电路单管甲类电路为什么管压降会为什么管

5、压降会大于电源电压？大于电源电压？2.2.乙类推挽电路（现在用在特大功率电路中）乙类推挽电路（现在用在特大功率电路中）信号的正半周信号的正半周T1导通、导通、T2截止；负半周截止；负半周T2导通、导通、T1截止。截止。两只管子交替工作，称为两只管子交替工作，称为“推挽推挽”。设。设 为常量，则负载为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。2CESCComUVUiBBEu04.2互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路一、一、OTL 乙类互补对称电路乙类互补对称电路1、静态分析、静态分析设电路完全对称，设电路完全对称

6、，2/21CCBBVUU 2/21CCEEVUU 021 BBII输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1CRL地地 C 充电。充电。2.工作原理工作原理输入电压的负半周：输入电压的负半周：C 的的“”T2地地RL C“”C 放电。放电。问问:电容两端电压电容两端电压是多少？是多少？CCCEScmLC1C2L/2,VUIiiiR2)2(CESCComUVU1.原理电路出现的问题：原理电路出现的问题：2.产生的原因：考虑三极管的发射结导通电压，在正半周，产生的原因：考虑三极管的发射结导通电压，在正半周，ui=0到到ui=0.7v之间，两个三极管均截止，电流为零。之间，两个三极管均截止，电流

7、为零。3.改进措施：使发射结在静态的时候弱导通，即静态基极改进措施：使发射结在静态的时候弱导通，即静态基极有一较小电流流过。有一较小电流流过。tuIOtiC1OtuOOtiC2O2.OCL电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。同样会出现交越失真，措施同同样会出现交越失真，措施同OTL电路。电路。2CESCComUVU静态时，静态时，UEQ UBQ0。4.2.2 互补输出级的分析计算1、输出功率2、效率3、晶体管的极限参数一、一

8、、OCL互补对称电路的互补对称电路的估算估算然后求出电源的平均功率，然后求出电源的平均功率，CCC(AV)VVIP效率效率VomPPL2omomRUP在已知在已知RL的情况下，先求出的情况下，先求出Uom，则，则1、求解输出功率和效率的方法：忽略忽略IBCCLVRCCLVRT1,T2工作在射极输工作在射极输出器状态，出器状态，AV1。图解法：图解法：一、输出功率一、输出功率2CESCComUVUL2CESCCom2)(RUVP数值较大数值较大不可忽略不可忽略大功率管的大功率管的UCES常为常为23V。二、效率LCESCCCCCC 0 LCESCCV)(2 )d(sin1RUVVtVtRUVPL

9、2CESCCom2)(RUVP%5.7844 CCCESCCVom VUVPP电源电电源电流流3.3.晶体管的极限参数（三极管的选择）晶体管的极限参数（三极管的选择）CMLCCmaxCIRViCEO(BR)CCmaxCE2UVutRtUtUVP d sin)sin(21LOM 0 OMCCTPT对对UOM求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得CCCCOM 6.02VVU求求PCM 问题：问题：在输出功率最大时，在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；输出因管压降最小，故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。子损耗也不大。

10、管子功耗与输出电压峰值的关系为管子功耗与输出电压峰值的关系为管压降管压降发射极电流发射极电流L22CCTmax RVP0om0om2TmaxL2CComCESCESCES2.0220UUPPPRVPU，则，则若若因此，选择晶体管时，其极限参数因此，选择晶体管时，其极限参数L2CCmaxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM22.02RVPPVuURViI将将UOM代入代入PT的表达式，可得的表达式，可得理想情况理想情况二、二、OTL 乙类互补电路主要参数的估算乙类互补电路主要参数的估算CESCCcem2UVU 最大输出电压：最大输出电压：LCESCCCCcmCCcmCCVRUVV

11、IVttdIVP )2/()(sin120%5.784 CCCESCCVUVPP 2/2Vom(2)(2)效率效率当满足条件：当满足条件：UCES VCC/（2RL）b）集电极最大允许反向电压）集电极最大允许反向电压c）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCMCCCEScmL/2VUIR(BR)CEOU(BR)CEOCCUV2CCCMTmTmomL 0 20 22,.VPPPPR4.3 采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的互补对称式放大电路前述功放电路中的问题？前述功放电路中的问题？4.3.1 复合管复合管组成原则：组成原则：1.前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流前级

12、三极管的输出电流与后级三极管的输入电流 的实际方向一致；的实际方向一致；2.外加电压的极性应保证复合管中的管子都工作在外加电压的极性应保证复合管中的管子都工作在 放大区；放大区；3.两进一出是两进一出是NPN管，一进两出是管，一进两出是PNP管。管。例：试分析例：试分析(a)图和图和(b)图中的复合管的接法是否正确；如果正确，图中的复合管的接法是否正确；如果正确，说明复合管的类型，指出相应的电极，列出复合管的说明复合管的类型，指出相应的电极，列出复合管的 和和 的表达式。的表达式。12 1beberr步骤：步骤：1.标出每个三极管的电流方向；标出每个三极管的电流方向；2.判断判断b、c、e极；

13、极；3.求出求出ic与与ib的关系（即求出的关系（即求出 和和 ）；）；ber4.3.2复合管组成的互补对称放大电路复合管组成的互补对称放大电路+VCC-VCCRb1Rb2uORLuiC1VT1VT3VT2VT4RbVD1VD2+VCC-VCCRb1Rb2uORLuiC1VT1VT3VT2VT4RbVD1VD2Re1Rc2准互补对称放大电路准互补对称放大电路Re1、Rc2是为了调整功率管是为了调整功率管VT3、VT4的静态工作点而设置的。的静态工作点而设置的。例题：习题例题：习题4-10讨论一：讨论一：1.图示各电图示各电路属于哪种功放？路属于哪种功放？2.说明图说明图1 中中C2和和R的作用

14、？的作用？图图1：图图2：8讨论二讨论二:说出图说出图1 1、图、图2 2中两种接法的电压增益各是多少中两种接法的电压增益各是多少?图图1：图图2：LM386的一般用法：讨论一3.最大输出功率和效率的表达式；最大输出功率和效率的表达式；1.指出图中放大电路部分；指出图中放大电路部分；2.说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，若为交流负反馈则说明其反馈组态；若为交流负反馈则说明其反馈组态；4.说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；5.说明说明D1D3和和RW的作用，的作用，

15、C1C4的作用；的作用；6.说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。CComL2omomL8LCESCCom4,2 ,2VURUPRRRUVUuuAUUUUAomiio,10清华大学 华成英 讨论三：出现下列故障时，将产生什么现象出现下列故障时，将产生什么现象?1.R2短路；短路；2.R2断路；断路；3.D1短路；短路；4.D1断路；断路；5.T1集电极开路。集电极开路。T2、T5的极限参数：的极限参数：PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！故障分析的问题，答案具有多样性，需多方面思考！功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！放管的安全工作！