模电第七章功率放大器.ppt

第七章 功率放大器,在实际工作中常要求电子设备或放大电路的最后一级能向负载提供足够大的输出功率，通常将这最后一级放大电路称为功率放大电路。,1 功率放大电路的一般问题 2 互补对称功率放大电路,1 功率放大电路的一般问题,一、对功率放大电路的要求,1、根据负载的需求，提供足够的输出功率。,2、具有较高的效率。,Pom：在正弦输入信号下输出波形不超过规定的非线性失真指标时放大电路的最大输出电流与最大输出电压有效值的乘积。,即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。,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0。,3、非线性失真要小。,功率放大电路要求有较高的输出电压和输出电流，因此工作在大信号状态，于是管子特性曲线的非线性问题就更加明显。,同一电路输出功率越大，非线性失真也越严重。,实际应用中，要根据负载的需求尽可能减小非线性失真。例如测量系统中非线性失真就是严重的问题，而在电机控制等以输出功率为主要目的时，对非线性失真的要求就会降低。,4、三极管的散热问题。,集电极上的大电压和大电流是管子工作近极限状态，结温和管壳温度升高，散热不好容易损坏功率管。,二、功率放大电路中三极管的工作状态,三、功率放大电路的分析方法,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ICM，管压降的最大值接近c-e反向击穿电压U(BR)CEO， 集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率PCM ，称为工作在尽限状态，其工作点不能超出输出特性曲线上的安全区，选择时要留有余地。,电路工作在大信号条件下，不能再采用微变等效电路法，只能用图解法进行电路分析。,为什么功率管的值不大？,三、功率放大电路的分类,按功率放大电路中晶体管在一个正弦波周期内的导通状态分为：,1、甲类（A类）放大器,导通整个周期=360,在整个输入信号周期内三极管都导通，任何时刻VCC始终不断输送功率。静态时，这些功率全部消耗在管子上并以热量的形式散出。,在动态时，VCC的功率一部分转化为有用的输出功率，一部分消耗在管子上，所以效率低，最高50%，但没有失真。因此甲类放大器多用于信号放大，很少用于功率放大。,三、功率放大电路的分类,2、乙类（B类）放大器,导通角=180,在整个输入信号周期内三极管只导通半个周期，另外半个周期由另一个管子导通完成工作。,静态功耗是效率低的主要原因，如果把Q点往下移动使静态电流ICQ接近为0，则静态时消耗在管子上的功率也近似为0，可以提高效率，但要避免交越失真。,三、功率放大电路的分类,3、甲乙类（AB类）放大器,导通角 180 360,在整个输入信号周期内三极管导通大半个周期，兼顾效率和失真。,三、功率放大电路的分类,4、丙类（C类）放大器,导通角 180,通常与LC谐振回路共同构成功率电路，LC回路对频率的选择特性会滤去谐波成分，丙类放大器比乙类放大器效率更高。,三、功率放大电路的分类,5、丁类（D类）放大器,工作于开关状态,原用于高频功率放大电路，若不考虑器件的导通电阻和开关状态过渡时间，则D类放大器工作时不存在损耗，效率理想值可达100%。,近年来由于大功率高速开关技术的成熟，D类放大技术也被应用于高效率低频功率的放大，并出现一些专用集成电路，如用于电动机、音频放大、激光管偏置等装置的驱动电路。,2 互补对称功率放大电路,传统的功率放大电路采用变压器耦合方式，具有体积大、消耗有色金属、漏磁、低频和高频特性不够好、容易产生自激振荡、不易集成等缺点。 本节主要介绍直接耦合的互补对称式OTL和OCL功率放大电路。,一、乙类互补对称功率放大电路,无输出变压器的功率放大电路（OTL电路）,功率管接成电压跟随器，uOuI ，为什么不考虑电容充放电的影响？,一、乙类互补对称功率放大电路,1、电路组成及工作原理,推挽：同类型的管子在电路中交替导通的方式。,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,静态时，两管的集电极电流为0或近似为0。,Q,加正弦输入信号后，Q点将沿交流负载线移动。,A,B,VT1导通，Q点沿QA上移，VT1集电极电流最大值为ICm1，集电极电压最大值为UCem1。,在uI的正半周：,ICm1,UCem1,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,Q,A,B,VT2导通，Q点沿QB下移，VT2集电极电流最大值为ICm2，集电极电压最大值为UCem2 。,在uI的负半周：,ICm1,UCem1,ICm2,UCem2,UCES1,UCES2,静态时，两管的集电极电流为0或近似为0。,加正弦输入信号后，Q点将沿交流负载线移动。,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,VT1和VT2的特性曲线对称。,三极管集电极最大电压：,三极管集电极最大电流：,由图可知：,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,（1）输出功率（Po ） ：提供给负载的信号功率。,Po = Io Uo,最大输出功率（Pom）,输出电压最大幅值：,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,（2）管耗（PT ）,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,即 UOM 0.6 VCC 时， 具有最大管耗。,求最大管耗,（2）管耗（PT ）,（3）直流电源供给的功率（PE ）,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,（4）转换效率（）,一、乙类互补对称功率放大电路,2、分析计算,负载上得到的信号功率与电源所提供的功率之比。,最大集电极电流 ICM,大信号条件下必须要使三极管的工作点处于安全区。,一、乙类互补对称功率放大电路,3、功率管的选择,一、乙类互补对称功率放大电路,3、功率管的选择,c-e间最大管压降 U(BR)CEO,两三极管的集电极电压之和：,当VT2导通时VT1截止，VT1的集电极承受反向电压且当uCE2的值达到最小值UCES2时，VT1集电极的反向电压达到最大。,一、乙类互补对称功率放大电路,3、功率管的选择,最大集电极耗散功率 PCM,即 UOM 0.6 VCC 时， 具有最大管耗。,PV,PO,PT,例题,管子在输入正弦信号ui的作用下，一周期内T1和T2轮流导通，导电角约180，电源电压Vcc=25V，负载电阻RL=4。,（1）当输入信号有效值Ui=12V时，电路的输出功率PO、管耗PT、直流电源供给的功率PE和效率。,试求：,（2）输入信号增加到使管子工作在最大输出功率（基本不失真）情况下，电路的输出功率PO、管耗PT、直流电源供给的功率PE和效率。,二、甲乙类互补对称功率放大电路,交越失真,交越失真产生的原因： ui 死区电压，晶体管不导通,二、甲乙类互补对称功率放大电路,采用各种电路以产生不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，三极管微导通，即工作于甲乙类状态。,克服交越失真的措施,消除交越失真，T1、T2微导通。,二、甲乙类互补对称功率放大电路,1、双电源甲乙类互补对称电路,二、甲乙类互补对称功率放大电路,2、单电源互补对称电路（OTL电路）,分析计算：以 代替原公式中的 VCC 即可。,二、甲乙类互补对称功率放大电路,2、单电源互补对称电路（OTL电路）,（1）最大输出功率：,当 UOM = VCC /2时，,（2）最大管耗：,当 UOM = 0.3 VCC 时，,（3）直流电源提供的功率：,二、甲乙类互补对称功率放大电路,2、单电源互补对称电路（OTL电路）,（4）转换效率：,（5）极限参数：,PV,PO,PT,三 、采用复合管的互补功率放大电路,1、三极管构成复合管的原则,复合管可由两个或两个以上同类型或不同类型的三极管组成。,（1）保证前级三极管输出电流和后级