Chapter 7 功率放大电路.ppt

Chapter7功率放大电路 2 主要内容 概述互补推挽功率放大电路功率管的使用和保护 3 7 1概述 功率放大器的用途和特点功放提高效率的主要途径 4 模拟电子设备的四大部分如图 把电能转换为其他形式的能量 为了获得大的输出功率 必须使 1 输出信号电压大 2 输出信号电流大 3 放大电路的输出电阻与负载匹配 高效率地向负载提供失真不大的额定功率 以驱动执行机构 把微弱的信号电压放大 是小信号放大器 信号源 7 1 1功率放大器的用途和特点 5 对功放电路的要求 1 输出功率尽可能大 2 效率高 为获得大的功率输出 要求功放管的电压 电流都有足够大的输出幅度 因此管子通常在极限状态下工作 主要技术指标 最大输出功率Pom 功率放大器的输出功率是由直流电源能量转换得到的 其转换能力称为效率 即 PT 耗散在管子集电极上的功率 称管耗 6 3 非线性失真小 4 功放管的散热问题 5 分析方法 由于功率放大器工作在大信号状态 不可避免要产生非线性失真 且输出功率越大 失真越大 实际中需在获得最大功率的同时 尽可能把非线性失真限制在允许的范围内 功放管在极限运用时 uCE最大值接近U BR CEO iC最大值接近ICM Po接近PCM 且有相当大功率消耗在集电结上 要考虑功放管的散热和保护问题 在大信号下 小信号模型已不再适用 需采用图解分析法 7 7 1 2功放提高效率的主要途径 PT 管子在信号一周期内导通时间越短 相应管耗越小 效率就越高 在低频功放电路中 按管子集电极电流流通时间的不同可分为 甲类放大乙类放大甲乙类放大 8 甲类 Q点设在放大区中部 整个信号周期内iC 0 甲乙类 管子在静态时微导通 信号半周期以上iC 0 乙类 Q点设在截止区边缘 信号半周期内iC 0 最低 50 失真最小 最高 可接近78 5 失真最大 略低于乙类 9 7 2互补推挽功率放大电路 乙类互补推挽放大电路甲乙类互补推挽放大电路单电源互补推挽放大电路 乙类和甲乙类放大的效率较高 但波形严重失真 为解决效率和失真的矛盾 需要在电路结构上采取措施 10 7 2 1乙类互补推挽放大电路 1 电路结构 T1为NPN管 与负载RL组成正向跟随ui的射极输出器 T2为PNP管 与负载RL组成反向跟随ui的射极输出器 11 当输入信号ui 0时 Q IC1 IC2 0 UCE1 UCE2 VCCuo 0 12 2 工作原理 当ui处于正半周时 T1导通 T2截止 电流iC1通过负载RL 当ui为负半周时 T2导通 T1截止 电流iC2通过负载RL T1 T2轮流导通 在负载RL上合成一个完整的不失真波形 利用两个特性对称的反型BJT互相补足的特点 完成推挽放大功能 故称双电源供电的互补对称推挽功率放大器 13 3 主要参数估算 设输入信号 ui Uimsin t 输出信号电压幅值 Uom Uim 输出信号电流幅值 Iom Icm 14 1 输出功率Po Uom Uim Iom Icm 管子极限运用时 2 直流电源供给的功率Pv 互补推挽电路中 正 负电源在一周内轮流供电 故电源提供的总功率为 管子极限运用时 15 3 效率 管子极限运用时 4 管耗PT T1 T2在信号一周内轮流导通 则PT1 PT2 乙类工作时 静态管耗为零 PT是Uom的二次函数 可用PT对Uom求导的办法求出其最大值 16 当 时 PT取得最大值 T1 T2在信号一周内轮流导通 则PT1 PT2 PT 17 5 功率管参数的选择 U BR CEO的选择 ICM的选择 PCM的选择 T1导通T2截止时 T2所承受的最大反压为 T1 T2的最大反压为 18 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 交越失真图 7 2 2甲乙类互补推挽放大电路 19 1 交越失真问题 当输入信号ui为正弦波时 输出信号在过零前后出现的失真便为交越失真 20 克服交越失真的措施 1 电路中增加 R2支路 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 21 为更换好地和T1 T2两发射结电位配合 克服交越失真 电路中的D1 D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代 2 UBE电压倍增电路 U UBE 合理选择R1 R2大小 B1 B2间便可得到UBE任意倍数的电压 图中B1 B2分别接T1 T2的基极 假设I IB 则 22 2 甲乙类互补推挽电路 为消除交越失真 可给T1 T2一很小的偏置电压 使其在静态时处于微导通状态 工作在甲乙类 二极管提供偏置 UBE倍增电路提供偏置 23 7 2 3单电源互补推挽放大电路 R1 R2 Re提供合适的直流偏置 并使 当ui 0 T2导电 iC2流过RL 同时向C充电 当ui 0 T3导电 C通过RL放电 1 OTL电路 OutputTransformerLess 24 由于T2 T3的工作电压均为0 5VCC 因而Po PT Pv等的计算 只须将乙类互补电路指标计算中的VCC代之以0 5VCC即可 就可用一个电源VCC和一个电容C代替双电源 设ui的下限频率为fL 电容C的大小若满足 25 2 带自举的OTL电路 无C3时 电路的最大输出电压幅度较理想时小 R3 C3为自举电路 静态时 C3充电至 当ui 0 T2导电 由于C3足够大 UC3不变 则 UK UG Uom 26 7 2 4采用复合管的互补对称放大电路 复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成 它们可以由相同类型的三极管组成 也可以由不同类型的三极管组成 无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时 必须 1 在前后两个三极管的连接关系上 应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致 2 外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏 集电结反偏 使两管都工作在放大区 27 rbe rbe1 1 1 rbe2 1 2 1 2 iB iE 1 2 1 1 iB1 iB iC 1 2 1 2 1 2 iC1 1 iB1 iE1 iB2 1 1 iB1 iC2 2 1 1 iB1 与NPN型三极管等效 1 复合管的结构与参数 28 ic ic 1 1 2 iB1 1 1 2 iB iE 1 1 1 2 iB1 iC iB 1 1 2 1 2 rbe rbe1 与NPN型三极管等效 iE1 1 1 iB1 iC1 iB2 1 iB1 ic2 1 2 iB1 29 rbe rbe1 1 1 rbe2 1 2 1 2 1 2 与PNP型三极管等效 1 1 2 1 2 rbe rbe1 与PNP型三极管等效 30 2 复合管组成的互补对称放大电路 T3 T4很难互补对称 T3 T4可实现互补对称 31 7 3功率管的使用和保护 1 功率管的散热问题 功率管的集电极损耗会使管子发热 结温上升 当结温超过允许值时 锗管约100 C 硅管约200 C 将烧坏管子 故必须给功放管加散热片 必要时还可采用风冷 水冷 油冷等方法来散热 32 2 功率管的安全使用和保护 1 安全使用 管子应工作在安全区内