模拟电子技术第5章低频功率放大器

,低频功率放大器,第5章,5.1功率放大电路概述,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。,功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。,功放电路的要求：,5.1.1功率放大电路的特点,一、主要技术指标,1.最大输出功率Pom,功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为PoIoUo。,最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率,2.转换效率,功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值与电压之积。,二、功率放大电路中的晶体管,在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施。,三、功率放大电路的分析方法,采用图解法（不适用小信号等效电路）,5.1.2功率放大电路的分类,在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类,甲类( = 2 ),乙类( = ),甲乙类( 0 T1 导通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 导通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T1 、 T2 截止,若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真。,消除交越失真的OCL电路的工作原理,消除交越失真思路：,ui = 0，给 T1、T2 提供静态电压,UB1、B2UD1UD2UR2,UB1、B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为IB1和IB2 。静态时应调节R2 ，使UE为0,即u0为0。,5.2.2OCL电路的输出功率及效率,当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析,图9.2.4OCL电路的图解分析,图中I区为T1管的输出特性，II区为T2管的输出特性；,二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴上。,Uommax = UCC UCES1,最大输出电压幅值,最大不失真输出电压的有效值,最大输出功率,电源VCC提供的电流,电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积。即电源供给功率：,转换效率,理想情况下， UCES可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略,理想情况下， UCES可忽略；则可以得到：,功放管的功率损耗（两管总管耗PC=PE-PO）,如何求PC的最大功率？,单管管耗,5.2.4OCL电路中晶体管的选择,一、最大管压降,UCE2max=2VCC UCES1,二、集电极最大电流,三、选择功放管,UCEmax=2VCC （考虑余量）,在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数,UBR（CEO）2VCCICMVCC/RLPCM0.2Pom,例1在图所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL 4欧，,（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。,解（1）,（2）因为UOUi，所以UOm8V。最大输出功率,在如图所示的这些电路中，用不同的方法为功放管设置了近似等于门限电压的正偏压。,图 7 减小交越失真的几种电路,5.2.5 乙类互补对称电路存在的问题及克服的措施,5.2.6 复合管互补对称电路,1复合管 复合管的组合原则：各管的电流的流通方向必须一致。各管的工作状态必须相同，即各管必须同时进入放大状态或截止状态等。 常用的几种复合管如下图所示。,5.2.6 复合管互补对称电路,2复合管互补对称电路 复合管互补对称电路如图所示，图中V1和V3都是NPN管，二者复合后的等效三极管也是NPN管；V2和V4都是PNP管，二者复合后的等效三极管也是PNP管，因此该电路具有很好的互补特性。,5.2.6 复合管互补对称电路,为了使电路既互补，又具有很好的对称性，通常采用图所示的准互补对称电路。,图 准互补对称电路,5.3 单电源互补对称电路,用一个电源供电的互补对称功率放大器，俗称OTL电路，其基本电路形式如图所示。,用一个大容量电容取代了双电源电容（几千微法的电解电容器）,静态时，前级电路应使基极电位为UCC/2，发射结电位为UCC/2 ，故电容上的电压也UCC/2。,单电源供电。T1和T2特性对称,工作时， T1和T2轮流导通，电路为射极跟随状态（Uo=Ui）。,5.4.1 通用型集成功率放大器LM386,LM386的外部接线图如图所示。它共有8个接线端，故也叫做八脚器件。,5.4.2 BiMOS集成功率放大器,双极性晶体管和MOS管混合组成的功率放大器，简称BiMOS集成功率放大器，其典型产品是SHM1150集成功率放大器。图8（a）和图8（b）分别是其内部电路简化图和外部接线图，其外部接线十分简单，应用非常方便。,5.4.3 桥式互补对称电路,图 BTL电路的基本形式,桥式互补对称电路，俗称BTL电路，其电路基本形式如图所示。图中4个晶体管V1V4组成桥式互补电路。,5.5 功率放大器应用中的几个问题,5.5.1 功放管的散热5.5.2 晶体管的二次击穿5.5.3 功放管的保护,5.5.1 功放管的散热,功放管的工作电流和工作电压都很大，在给负载输出功率的同时，功放管自身也消耗功率，使功放管的温度升高。当晶体管的温度超过PN结的最大允许结温时，就会使晶体管损坏。手册上或产品说明书中给出的PCM是在环境温度为25，并且具备指定的散热条件时，所测得的参数值。当实际工作环境温度高于25或者散热条件达不到要求时，最大允许功耗会降低，因此，必须按照产品说明书中给定的数据为功放管安装合格的散热片，以便充分发挥功放管的潜力。,5.5.2 晶体管的二次击穿,逐渐增大uCE，首先发生一次击穿，如上图中AB段所示。这种击穿一般是雪崩击穿，只要把击穿后的电流限制在允许的范围内，功耗不超过PCM，晶体管就不会损坏，将uCE降低，晶体管又会恢复正常，所以一次击穿是可逆的。 出现一次击穿后，如果继续使iC增大，当iC增大到某一个数值时，uCE骤然减小，同时iC急剧增大，如上图中的BC段所示。这时晶体管的功耗并未超过PCM，而且管子也不发烫，却瞬间永久性地损坏了。这种现象叫做二次击穿。二次击穿是不可逆的。,5.5.3 功放管的保护,为保证功放管安全工作，除正确地选择功放管并设置合格的散热条件外，还需要设置必要的保护电路，如过压保护、过流保护、过