[工学]8功率放大电路.ppt

例1： 扩音系统 执行机构 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。 功 率 放 大 电 压 放 大 信 号 提 取 8.1 概述 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。一般直接驱动负载，带载能力要强。 1 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 、UCEM 、 PCM 。 ICM PCM UCEM Ic uce 2 (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（）。 Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。 F 提高效率F 减小失真F 管子的保护F输出功率大 3 射极输出器的输 出电阻低，带负载能 力强，但做功放不适 合。为什么？解释如 下： 问题讨论 Rb uo USC ui ib RE 射极输出器能否做 功率放大？ 4 Rb uo USC ui RE 射极输出器效率的估算： (设RL=RE) uo t uo ib Q ic uce USC 5 若忽略晶体管的饱和 压降和截止区，输出 信号uo的峰值最大只 能为： uo的取 值范围 Q Ic uCE USC 直流负 载线 交流负 载线UCEQ = 0.5USC 静态工作点： 为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态 工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半 周均不失真 ，如下图所示。 6 放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。 1. 直流电源输出的功率 2. 最大负载功率 3. 最大效率 (RL=RE时) 7 功率放大电路提高效率的主要途径 降低静态功耗，即减小静态电流。 四种工作状态 根据正弦信号整个周期 内三极管的导通情况划分 乙类：导通角等于180 甲类：一个周期内均导通 甲乙类：导通角大于180 丙类：导通角小于180 8 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。 9 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （ OTL电路） 无输出电容形式 （ OCL电路） OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess 互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 类型： 8.2 互补对称功率放大电路 10 8.2.1 无输出电容的互补对称功放电路 （ OCL电路） 一、工作原理（设ui为正弦波） 电路的结构特点： ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL 1. 由NPN型、PNP型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成。 2. 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电 容。 11 ic1 ic2 动态分析： ui 0VT1截止，T2导通 ui 0VT1导通，T2截止 iL= ic1 ; ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL 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： ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V 12 乙类放大的输入输出波形关系: ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL 死区电压 ui uo u“o uo t t t t 交越失真：输入信号 ui在过零 前后，输出信号出现的失真便 为交越失真。 交越失真 13 ui -USC T1 T2 uo +USC RL iL (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。 乙类放大的特点： 14 二、最大输出功率及效率的计算 假设 ui 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。 ULmax 负载上得到的最大功率为： iL -USC RL ui T1 T2 UL +USC 若忽略晶体管的饱和 压降，则负载（RL)上的电 压和电流的最大幅值分别 为： 15 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： USC1 =USC2 =USC t ic1 返回 16 效率为： 结论：该电路效率较高； 电流、电压波形存在失真。 17 三、电路的改进 1. 克服交越失真 交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在 非线性，ui IB，则 22 3. 电路中增加复合管 增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： c b e T1 T2 ib ic b e c ib ic 方式一： 23 b e c ib ic 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 方式二： c b e T1 T2 ib ic 复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 24 改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补 输出级中的T4、T6均为NPN 型晶体管，两者特性容易对称 。 +USC -USC R1 R2 RL ui T1 T2 T3 T4 T5 T6 25 8.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路 （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 则 T1、T2 特性对称， 令： 0.5USC RL ui T1 T2 +USC C A UL +- UC 26 三、动态分析 设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大， UC基本 保持在0.5USC ，负载上得到的 交流信号正负半周对称，但存 在交越失真。 ic1 ic2 交越失真 RL ui T1 T2 +USC C A UL +- 时，T1导通、T2截止； 时， T1截止、 T2导通。 0.5USC ui t 27 四、输出功率及效率 若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则： uLULmax ui t t 28 实用OTL互补输出功放电路 调节R,使静态 UAQ=0.5USC D1 、 D2使b1和b2之间的 电位差等于2个二极管正 向压降，克服交越失真。 Re1 、 Re2：电阻值12 ，射极负反馈电阻，也 起限流保护作用。 D1 D2 ui +USC RL T1 T2 T3 C R B Re1 Re2 b1 b2 A 29 8.3 乙类双电源互补对称 功率放大电路 8.3.2 分析计算 8.3.1 电路组成 8.3.3 功率BJT的选择 30 8.3.1 电路组成 由一对NPN、PNP特性 相同的互补三极管组成，采 用正、负双电源供电。这种 电路也称为OCL互补功率放 大电路。 1. 电路组成 2. 工作原理 两个三极管在信号正、 负半周轮流导通，使负载得 到一个完整的波形。 31 8.3.2 分析计算 图解分析 32 1. 最大不失真输出功率Pomax 实际输出功率 8.3.2 分析计算 忽略VCES时 33 8.3.2 分析计算 单个管子在半个周期内的管耗2. 管耗PT 两管管耗 34 3. 电源供给的功率PV 当 4. 效率 当 8.3.2 分析计算 35 1. 最大管耗和最大输出功率的关系 因为 8.3.3 功率BJT的选择 当 0.6VCC 时具有最大管耗 0.2Pom 选管依据之一 36 功率与输出幅 度的关系 8.3.3 功率BJT的选择 2. 功率BJT的选择 37 8.4 甲乙类互补对称功率 放大电路 8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 38 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 乙类互补对称电路存在的问题 39 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 1. 静态偏置 可克服交越失真 2. 动态工作情况 二极管等效为恒压模型 设T3已有合适 的静态工作点 交流相当于短路 40 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 VBE4可认为是定值 R1、R2不变时，VCE4也 是定值，可看作是一个直流 电源。 41 8.4.2 甲