模电课件大全 华科 第十八讲 CH8 功率放大电路1.ppt

8 1功率放大电路的一般问题 8 2乙类互补对称功率放大电路 8 3甲乙类互补对称功率放大电路 8 4集成功率放大器 自学 8 5功率器件 自学 8功率放大电路 概述 学习指导 小结 作业 学习指导 前面已经介绍了一些电子电路 经过这些电路处理后的信号 往往要送到负载 去驱动一定的装置 例如 收音机中扬声器的音圈 电动机控制绕组 计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等 这时我们要考虑的不仅仅是输出电压或电流的大小 而且要有一定的功率输出 这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路 本章以分析功率放大电路的输出功率 效率和非线性失真之间的矛盾为主线 逐步提出解决矛盾的措施 主要内容 1 功率放大电路的输出功率 效率和非线性失真之间的关系 2 乙类 甲乙类功率放大电路的组成 工作原理 各项指标的计算及功率BJT的选择 学习目标 1 熟练掌握如何解决输出功率 效率和非线性失真三者之间的矛盾 2 要熟练掌握乙类互补对称功率放大电路的组成 分析计算和功率BJT的选择 3 正确理解甲乙类互补对称功放电路的工作原理及计算 4 了解各种功率器件及散热问题 自学 5 了解集成功率放大器的使用 自学 学习方法 本章是围绕输出功率 效率和非线性失真三者之间的矛盾展开讨论的 所以 1 必须先弄清为什么要把功率放大电路的静态工作点下移 使放大器由甲类变为乙类 又由乙类变为甲乙类的原因 2 由于乙类 甲乙类放大器的输出具有明显的失真 学生要熟练掌握乙类互补对称功率放大电路是怎样解决非线性失真的 即互补对称电路组成原理 3 抓住输出的最大幅值 以乙类互补对称功放为例 掌握功率放大器的分析计算和功率BJT的选择 4 了解交越失真产生的原因 正确理解甲乙类互补对称功放电路的工作原理及计算 共射放大器共集放大器共基放大器有电压放大无电压放大有电压放大有电流放大有电流放大无电流放大 无论是功率放大电路 电压放大电路 还是电流放大电路 在负载上都同时存在输出电压 电流和功率 上述称呼上的区别只不过是它们各自强调的输出量不同而已 概述 例1 扩音系统 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 电动机转动 仪表指针偏转等 例2 温度控制 R1 R3 标准电阻 Ua 基准电压 Rt 负温度系数热敏电阻 A 电压放大器 Rt T UO 室温T Ub UO1 uo 例3 典型的收音机电路 变频 低频中放 功放 Ic 0 5mA Ic 2mA Ic 20mAEc 6V Po 30mW 电源供给的功率 PDC EcIc 120mW 转换效率 电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉 通常功放电路中的工作管必须加散热片 检波 电压放大器与功率放大器的区别 1 任务不同 电压放大 不失真地提高输入信号的幅度 以驱动后面的功率放大级 通常工作在小信号状态 功率放大 信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率 通常工作在大信号状态 2 分析方法 电压放大 采用小信号模型分析法和图解法功率放大 图解法 8 1功率放大电路的一般问题 1 功率放大电路的主要特点及主要研究对象 1 要求尽可能大的输出功率 2 效率 负载得到的有用信号功率Po 电源供给的直流功率PDC 3 非线性失真要小 在大信号状态工作必然引起信号失真 这就存在增大输出功率和信号失真之间的矛盾 这就要求在电路结构上进行改进 尽可能地提高输出功率并减小非线性失真 4 半导体三极管散热的问题 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 管子工作在接近极限状态 2 提高效率的途径 三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况 可分为以下几个工作状态 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 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适 降低静态功耗 即减小静态电流 OTL OutputTransformerLess OCL OutputCapacitorLess 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 3 互补对称功率放大电路的分类 8 2乙类互补对称功率放大电路 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 2 工作原理 两个三极管在信号的正 负半周轮流导通 使负载得到一个完整的波形 8 2 1乙类双电源互补对称功率放大电路 动态分析 忽略导通压降 vi 0V T1截止 T2导通 vi 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 vi 0V T1 T2均不工作 vo 0V 3 分析计算 1 最大不失真输出功率Pomax 实际输出功率Po 3 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 3 分析计算 3 电源供给的功率PV 当 4 效率 当 4 最大管耗PT1m和最大输出功率Pom之间的关系 通过前面的分析可知 静态时 流过管子的电流为零 此时管耗也为零 因此 当输入信号较小时 输出功率较小 管耗也较小 但是不是当输入信号愈大时 输出功率也愈大 管耗也就愈大呢 管耗 可知 时 管耗最大 5 功率BJT的选择 若想得到最大输出功率 BJT的参数必须满足的条件 1 每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于 2 BJT的集射间最大反向击穿电压应满足 3 通过BJT的最大集电极电流应满足 6 应用 功率放大电路如图所示 设VCC 12V RL 8 BJT的极限参数位ICM 2A V BR CEO 30V PCM 5W 试求 1 Pom 并检验BJT是否能安全工作 2 放大电路在 0 6时的输出功率Po值 解 1 最大输出功率 A V W 所以BJT能安全工作 W 2 最大输出功率 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 输出端有大电容 二 静态分析 则T1 T2特性对称 令 8 2 2乙类单电源互补对称功率放大电路 补充 三 动态分析 忽略导通压降 设输入端在0 5VCC直流电平基础上加入正弦信号 若输出电容足够大 VC基本保持在0 5VCC 负载上得到的交流信号正负半周对称 但存在交越失真 RL vi T1 T2 VCC C A UL T1导通 T2截止 时 T1截止 T2导通 时 四 输出功率及效率 若忽略交越失真的影响 且vi幅度足够大 则 vi t t 8 3甲乙类互补对称功率放大电路 乙类互补对称电路存在的问题 当输入信号在0 Vbe之间变化时 不足以克服死区电压 三极管不导通 因此在正 负半周交替过零处会出现一些非线性失真 称之为交越失真 乙类放大的输入输出波形关系 死区电压 Vi Vo V o V o t t t t 8 3 1甲乙类双电源互补对称电路 1 静态偏置 静态时 D1 D2上产生的压降为功率管提供一个适当的偏压 使功率管处于微导通状态 可以克服交越失真 设T3已有合适的静态工作点 由于电路对称 静态时 1 电路组成 2 工作原理 8 3 1甲乙类双电源互补对称电路 2 动态工作情况 在输入信号的整个周期内 两二极管是否会出现反向偏置状态 外加输入信号vi后由于管子工作在甲乙类 即使vi很小 由于D1 D2的交流电阻很小 可视为短路 此时相当于T3的输出加在T1 T2管子的基极上 实现信号的放大 3 图解法分析 4 缺点 由D1 D2组成的偏置电路不容易调节 故引入vBE扩大电路 8 3 1甲乙类双电源互补对称电路 VBE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 只要调节R1 R2的比值 就可以改变T1 T2的偏压 功放指标的分析计算与乙类双电源互补对称功放的有关公式近似 8 3 2甲乙类单电源互补对称电路 1 静态偏置 2 动态工作情况 调整R1 R2阻值的大小 可使 此时电容上电压 在怎样的条件下 电容C才可充当负电源的角色 RLC足够大 应满足RLC 5 10 2 fL 3 指标的计算 用VCC 2代替乙类OCL电路的各指标公式中的VCC即可 4 此电路存在的问题 K点电位受到限制 4 带自举电路的单电源功放 静态时 C3充电后 其两端有一固定电压 不随vi而改变 动态时 C3充当一个电源 在怎样的条件下 电容C3才能起到电源的作用 R3C3足够大 调节R 使静态VAQ 0 5VCC 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1 2 射极负反馈电阻 也起限流保护作用 5 实用OTL互补输出功放电路 小结 1 功率放大电路是在大信号下工作 通常采用图解法进行分析 研究的重点是如何在允许的失真情况下 尽可能提高输出功率和效率 2 与甲类功率放大电路相比 乙类互补对称功放的主要优点是效率高 在理想情况下 其最大效率约为78 5 为保证BJT安全工作 双电源互补对称电路工作在乙类时 器件的极限参数必须满足 PCM PT1 0 2Pom V BR CEO 2VCC ICM VCC RL 3 由于BJT输入特性存在死区 工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真 常利用二极管或VBE扩大电路进行偏置的甲乙类互补对称电路克服失真 4 在单电源互补对称电路中 计算输出功率 效率 管耗和电源供给的功率 可借用双电源互补对称电路的计算公式 但要用VCC 2代替原公式中的VCC 5 在集成功放获得广泛应用的同时 大功率器件也发展迅速 主要有达林顿管 功率VMO