模拟电子电路4-4.ppt

4 5功率输出级电路 休息1 休息2 返回 4 5 1功率放大器的特点 指标和分类 4 5 2互补推挽乙类功率放大器 4 5 3其他乙类推挽功率放大器 4 5 4MOS输出级电路 4 5 5达林顿组态 4 5 1功率放大器的特点 指标和分类 休息1 休息2 返回 1 功放的特点和指标 1 功率放大器的基本任务是向额定的负载RL 输出额定的 不失真 信号功率 2 要求电源提供的直流功率尽可能地转换为负载上的信号功率 而其他各种耗散功率 如管子 电阻以发热的形式消耗的功率 应尽可能的少 定义功率放大器的效率 为 通常把晶体管耗散功率和电路的损耗功率统称为耗散功率PT 根据能量守恒的原则有 PE Po PT 所以功率放大器的效率也可表示为 Po Po PT 3 非线性失真的大小可以用非线性失真系数D来衡量 4 功放中的晶体管往往工作在接近极限参数状态 需要合理选择功放的电源电压 合理选择工作点使其安全工作 5 由于功放电路工作在大信号状态 已不属于线形电路的范围 不能用微变等效电路的分析方法 通常采用图解法作粗略估算 饱和区 放大区 2 功率放大器工作状态的分类 截止区 1 甲 A 类工作状态 在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域 返回 Q Q Q Q 3 甲类放大器的输出功率 电路仿真 返回 1 电源提供的平均功率PE为 2 电路可能的最大交流输出功率POmax 最大不失真输出电压 电流的幅度 3 甲类功放的最大效率 为 4 5 2互补推挽乙类功 ic1 ic2 电路仿真 返回 1 电路构成及工作原理 1 电路组成 2 工作原理分析 io ic1 ic2 1 电路构成及工作原理 跟随区 饱和区 饱和区 跟随区 电路仿真 Uon1 Uon2 返回 ic1 ic2 1 电路构成及工作原理 电路仿真 返回 休息2 休息1 ic1 ic2 2 乙类互补推挽放大器的图解分析 Q 休息2 休息1 电路仿真 EC UCES 返回 2 单管最大平均管耗PT1max 休息2 休息1 返回 3 直流电源供给的功率PE 休息2 休息1 返回 5 最大平均管耗与最大输出功率的关系 休息2 休息1 返回 由于单管VT1的瞬时功耗为 Pc uCEic EC icRL ic ECic ic2RL 令dPc dic 0 可求得当ic EC 2RL时 单管最大可能管耗为 所以PCmax EC2 2RL EC2 4RL EC2 4RL 所以有 PCmax 0 5Pomax 1 变压器耦合推挽功放 4 5 3其他乙类推挽功率放大器 返回 休息2 休息1 u1 ic1 N1 N2 2uL iL 而u1 ic1 R L uL iL RL R L N1 N2 2RL ui ui1 ui2 iC1 iC2 iL 1 变压器耦合乙类推挽功放 返回 休息2 休息1 电路仿真 2单电源互补推挽功放 只使用一个电源EC的NPN PNP互补推挽功放 简称OTL功放 OTL功放与OCL功放分析方法相同 只要用EC 2取代关公式 4 123 4 126 4 133 中的EC 就可得OTL功放的各类指标 VT1 R1 R2和Rc Re为前置放大器 R VD1 VD2为VT2和VT3基极提供偏置 负载RL串联的大电容C具有隔直功能 静态时C被充电至EC 2 当输入信号时 由于大电容C上的电压维持EC 2不变 使得VT2和VT3的CE回路的等效电源都是EC 2 电路仿真 OTL功放电源供电的物理过程是 VT3导通时 C经VT3和RL回路放电形成电流ic3 电容储能减小 VT2导通时EC供电 形成回路电流ic2 同时对电容C充电储能 流过RL的电流应该是ic2与ic3的合成 4 5 4MOS输出级电路 1 MOS源极输出电路 其中VT1为共漏极放大管或称源极跟随器 VT2漏极与栅极间短路 相当有源负载 ubs1 uds1 uo ubs2 0 ugs2 uds2 uo 于是低频小信号微变等效电路如图 b 所示 小信号电压增益可以表示为 2 CMOS互补输出级电路 源随器的优点是电路简单 输出阻抗低 失真小 缺点是效率低 且在接负载时正负输出摆幅不对称 正峰值电压远小于ED 在CMOS集成电路中 常见的输出级有工作于甲乙类的互补输出级 甲乙类互补输出级的效率高 负载能力强 适用于CMOS工艺 1 共漏CMOS互补输出级 1 共漏CMOS互补输出级 偏置电压UBIAS给VT1和VT2提供栅源偏置 以确定VT1和VT2的静态偏置电流 使VT1 VT2偏置在甲乙类工作状态 以消除交越失真 图 b 示出了实际电路 VT3 VT4是VT1和VT2的偏置电路 使VT1 VT2偏置在甲乙类工作状态 VT5 VT6组成CMOS推动放大级 其中VT5是NMOS放大管 而VT6是PMOS管作为M5的有源负载 主要缺点是输出电压幅度Uom不够大 因Uom可简单的决定于正 负电源电压减去VT1和VT2的UGS th 由于体效应 阈值电压UGS th 会增加 限制了输出幅度 当UGS th 的值较大时Uom就减少 2 共源CMOS互补输出电路 PMOSFETVT1和NMOSFETVT2构成的共源CMOS互补输出电路 VT1和VT2的源极与衬底均短接 VT3为源极跟随器 VT4为恒流源作为VT3的有源负载 VT1的栅源偏压UGS1取决于UG3与ED之差 VT2的栅源偏压UGS2取决于UG2与 ES之差 适当设计UGS1和UGS2可使VT1 VT2的静态电流ID1和ID2很低 工作在甲乙类状态 输入正极性电压时 VT3的iD3增加 uS3 uG2增加 所以VT2的iD2随之增加 同时 由于uG3 uG1 所以uGS1减小 导致VT1的iD1减小 使得RL上电压uo向负值方向增加 同理 当输入负极性电压时 VT1的iD1增加 同时iD2 iD3均减少 直到为零 RL上电压uo向正值方向增加 共源CMOS互补输出电路有一定的电压增益 而且可输出较大的负向电压幅度 但其输出电阻较大 4 5 5达林顿组态 休息2 休息1 返回 4 5 5达林顿组态 休息2 休息1 返回 等效 值高是复合管的优点