功率放大电路.ppt

9.1 概 述,9.2 甲类功率放大器,9.4 甲乙类功率放大器电路,9.5 甲乙类单电源功率放大器,第九章 功率放大电路,9.3 乙类功率放大器,例： 扩音系统,什么是功率放大电路？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路,9.1 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。为了获得大的输出功率，必须使,输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。,一、功放电路的特点和要求,1、输出功率尽可能大,在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有 过电流区 过电压区 过损耗区 它们的位置如图所示。,过电流区是由最大允许集电极电流 确定的，超过此值，将明显下降。,过电压区由c、e间的击穿电压 u(br)ceo所决定。,过损耗区由集电极功耗pcm所决定。,三极管的极限工作区,2、非线性失真要小,3、效率要高,4、功放管散热和保护问题不可忽视,5、分析方法,放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命,二、分类,甲类功放：,在一个信号周期内都有电流流过晶体管 管子的导通角为360o 静态电流大于0，管耗大，效率低,乙类功放：,管子只有半个周期内导通 管子的导通角为180o 静态电流等于0，效率高,甲乙类功放：,管子的导通时间大于半个周期但是小于一个周期，比半个周期稍多些,丙类功放：管子导通时间小于半个周期,9.2 甲类功率放大器,可获得的最大交流功率为,rl选择很重要，实际rl都偏小要得到合适rl，就需要进行阻抗匹配，变压器可实现。,直流电源提供的直流功率,集电极电阻rc的功率损耗,晶体管集电极耗散功率,变压器耦合功率放大器,结论：输入信号越大, 输出功率越大,输出功率,电源提供的功率,结论: 有无信号时电源供给的功率都相同，因此输出功率小时，管耗大。,无信号时:,有信号时:,效率,静态时管耗最大，即,最高效率,功放管的选择,三极管的极限工作区,小结：,1、输入信号越大，po, 越大。,2、po越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。,3、甲类功放最高效率为50%。,4、要管子安全工作的重要参数是pcm、icm和u(br)ceo。,5、效率低的主要原因是静态损耗大。,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小 静态功率大，效率低,9.3 乙类功率放大器,一、电路组成,结构特点:,互补对称： 电路中采用两个晶体管：npn、pnp各一支； 两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。,互补推挽电路,无输出电容乙类互补功率放大电路 （ocl电路）(p168及486),二、工作原理（设ui为正弦波）,静态时：,ui = 0v ic1、ic2均=0（乙类工作状态） uo = 0v,动态时：,ui 0v,t1截止，t2导通,ui 0v,t1导通，t2截止,il= ic1 ;,il=ic2,t1、t2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。,u,u,v,cc,v,cc,o,i,l,r,当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时npn型三极管导电，有电流通过 负载rl，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。,当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时pnp型三极管导电，有电流通过负 载rl，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。,三、分析计算(p488),icm2,ic的最大变化范围为：,uce的最大变化范围为：,1、输出功率,2、电源功率pv,直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。,即pv uom 。当uom趋近vcc时，显然pv 近似与电源电压的平方成比例。,乙类互补功放电路的管耗,3三极管的管耗pt 电源输入的直流功率，有一部分通过三极 管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极 管上，形成三极管的管耗。显然,将pt画成曲线， 如图所示。,一个管子的管耗,两管管耗,u,u,v,cc,v,cc,o,i,l,r,三极管的最大管耗,问：uom=？ pt1最大, pt1max=？,用pt1对uom求导，并令导数=0，得出： pt1max发生在uom=0.64vcc处。 将uom=0.64vcc代入pt1表达式：,4 、效率,最高效率max,选功率管的原则：,1、每只管子的最大允许管耗必须大于0.2倍的最大输出功率：,2、,三极管的极限工作区,3、,即：,小结:,1、乙类功放两管轮流工作,2、,3、,当 ib=0 时,严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。,乙类互补对称功放的缺点,输入输出波形图,死区电压,u,u,v,cc,v,cc,o,i,l,r,存在交越失真,消除交越失真的ocl电路,静态时: t1、t2两管发射结电压分别为二极管d1、 d2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态,动态时：设 ui 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 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,1.基本原理,9.4 甲乙类功率放大器电路,一. 甲乙类双电源互补对称电路,电路中增加 r1、 r2、 d1、d2、r3支路,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。,利用ube扩大电路进行偏置的互补对称电路,二、复合管互补功率放大电路,1、复合管 (p123),ib,ie,ic1,ic2,ie1 =ib2,推动管,输出管,ic,增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合npn型,复合pnp型,复合管的特点,复合管的是两个管1、2的乘积。 复合管的管型取决于推动管。 使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一致。,2. 带复合管的ocl互补输出功放电路,t1：电压推动级（前置级）,t2、r1、r2：ube扩大电路,t3、t4、t5、t6： 复合管构成互补对称功放,输出级中的t4、t6均为npn型晶体管，两者特性容易对称。,合理选择r1、r2，b3、b5间可得到 ube2 任意倍的电压。,v,v,l,r,t,3,t,t,6,5,o,t,4,1,t,2,t,i,3,r,r,1,2,r,9.5 甲乙类单电源功率放大器,一、单电源otl互补功率放大电路(p485),它由一对npn、pnp特性相同的互补三极管组成。这种电路也称为otl互补功率放大电路。,（1）电路组成,（2）工作原理,动态时，当输入信号处于正半周时，t1导通，t2截止，ie1流过负载，产生uo,同时对电容充电。,当输入信号为负半周时，t1截止，t2导通，电容放电，产生电流ie2通过负 载rl，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。,ub,ua,静态时，ub = ua = vcc /2 ，t1、t2截止，即处于乙类工作状态，电容两端的电压为 vcc /2,于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。,例题：在otl和ocl电路中，vcc均为15v，rl=10, uces=1v，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电源提供的功率、效率.,解：在otl电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：,电源提供的功率和效率为：,在ocl电路中，最大不失真 输出时最大输出功率为：,电源提供的功率和效率为：,1、结构特点,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,2 、基本原理,二、甲乙类单电源互补对称电路,调整rw阻值的大小，可使,此时电容上电压,+,u,u,t,t,1,3,2,4,t,t,c,8,r,v,cc,1,r,2,r,r,l,r,5,r,6,w,r,u,p,i,o,（1）静态偏置,（2）动态分析,（电容起到了负电源的作用）,ui负半周时， t1导通、t2截止；,ui正半周时， t1截止、t2导通。,+,u,u,t,t,1,3,2,4,t,t,c,8,r,v,cc,1,r,2,r,r,l,r,5,r,6,w,r,u,p,i,o,3、输出功率及效率,vo,若忽略交越失真的影响。则：,例题:如图所示电路中,已