[工学]第二节 互补对称式功率放大电路.ppt

第二节 互补对称式功率放大电路,电路的组成和工作原理,互补对称电路主要参数的估算,下页,总目录,补充知识： 功率放大电路的工作方式 根据晶体管静态工作点的位置不同，放大电路可分为三种工作方式。,甲类工作方式： Q点设置在负载线的中点，在输入信号的正负半周，晶体管都在工作，管子的导通角为360，输出波形失真小，但静态管子功耗大，效率低。 乙类工作方式： Q点在负载线的最低点，由于静态时电流为零，无功耗，效率最高。但此时放大电路只在输入信号的正半周工作，负半周时晶体管截止，管子的导通角为180，输出波形出现严重的失真。 甲乙类工作方式： Q点略高于乙类时，静态电流很小，静态消耗约为零，效率也很高。晶体的导通时间大于半个周期，管子的导通角大于180，此时输出波形仍失真严重。,晶体管的三种工作状态：,上页,返回,甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。,乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重 失真, 管耗小效率高。,甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,甲类方式,如射极输出器,射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。因为它的效率太低,变压器耦合推挽功率放大电路,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使T1、T2轮流导通。,输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，,直流通道,变压器线圈对于直流相当于短路,对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器,两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区, IB很小,IC也很小,降低直流功耗。,交流通道,ib1,ui0,ui0,输入信号正半周，T1导通，T2截止,输入信号负半周，T2导通，T1截止,另外一种 ：乙类推挽电路,信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 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。,2. OTL 电路,输入电压的正半周： VCCT1CRL地 C 充电。,输入电压的负半周： C 的 “”T2地RL C “ ” C 放电。,C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。 OTL电路低频特性差。,因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。,3. OCL电路,ic1,ic2,静态时：,ui = 0V, iC1 0， iC2 0 uo = 0V。,动态时：,ui 0V,T2导通，T1截止,ui 0V,T1导通，T2截止,特点： 双电源供电、 输出无电容器。,uo,OCL原理电路,3. OCL电路,输入电压的正半周： VCCT1RL地,输入电压的负半周： 地RL T2 VCC,两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。,静态时，UEQ UBQ0。,几种电路的比较,变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。 OTL电路：单电源供电，低频特性差。 OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。,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：,互补对称功率放大电路,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：,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。,时，T1导通、T2截止；,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：,一、 电路组成和工作原理,1. OTL乙类互补对称电路,R1 和 R2确定放大电路的静态电位。,动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。,下页,上页,首页,交越失真,uI 0时VT1导通VT2截止。,uI 0时VT2导通VT1截止。,iL = iC1 iC2,下页,上页,首页,动画,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。,电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。,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。,2. OTL甲乙类互补对称电路,避免了uI较小时两管同时截止 减小了交越失真。,iC1 和 iC2不为零，,下页,上页,首页,下页,上页,首页,仿真,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：,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。,动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 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：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,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 ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。,(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。,OCL乙类放大的特点：,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。,电路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。,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。,Ucem = VCC UCES,静态时 UCE1 = +VCC , UCE2 = VCC,下页,上页,3. OCL甲乙类互补对称电路,首页,仿真,下页,上页,OCL电路存在的主要问题： 两个三极管的发射极直接连到负载电阻上， 如果静态工作点失调或电路内元器件损坏， 将造成一个较大的电流长时间流过负载， 可能造成电路损坏。 为了防止出现此种情况，实际使用的电路中， 常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。,首页,uI 0时工作点沿QA上移。 uI 0时工作点沿QB下移。,Ucem= VCC - UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,二、 互补对称电路主要参数的估算,1. OCL乙类互补对称电路主要参数的估算,首页,Ucem = VCC UCES,下页,上页,（1）最大输出功率,当满足条件UCES VCC时,首页,下页,上页,（2）效率,当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。,当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为,如果考虑三极管的饱和管压降UCES ，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数,在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：, 集电极最大允许电流ICM,因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：,首页,下页,上页,在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,当VT2导电时， VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时， VT1的集电极电压达到最大，此时：,或,因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为,首页,当忽略三极管的管压降时，PTm = 0.2 Pom,下页,上页,在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT ，使管子发热。, 集电极最大允许耗散功率PCM,当集电极输出电压的峰值UOM 0.6 VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT= PTm 。此时，每个三极管的最大管耗为:,因此，在选择功率三极管时应满足，PCM 0.2 Pom,首页,Ucem= ,2,VCC,UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,2. OTL互补对称电路主要参数的估算,2,首页,下页,上页,（1）最大输出功率,（2）效率,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数, 集电极最大允许电流ICM, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,PTm = 0.2 Pom, 集电极最大允许耗散功率PCM,首页,晶体管的工作状态,甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。,乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小效率高。,甲乙类工作状态 晶