乙类双电源互补对称功率放大电路.ppt

封面 西藏 羊八井 温泉 乙类双电源互补功率放大电路 OCL 返回 引言 工作在乙类的放大电路 虽然管耗小 有利于提高效率 但存在严重的失真 使得输入信号的半个波形被削掉了 如果用两个管子 使之都工作在乙类放大状态 但一个在正半周工作 而另外一个在负半周工作 同时使这两个输出波形都能加到负载上 从而在负载上得到一个完整的波形 这样就能解决效率与失真的矛盾 本页完 引言 返回 学习要点 本节学习要点和要求 乙类双电源互补对称功率放大电路OCL 乙类OCL的电路特点 乙类OCL的工作过程 计算乙类OCL的PO PT PV和 选择功放管 返回 一 电路的组成和工作过程静态时电路状态 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL OCL为OutputCapacitorless 无输出电容器 的缩写 继续 本页完 ui 0 分析电路可知 当输入信号为0时 两只管的BE极间电压UBE 0 均处于截止状态 三极管属于乙类工作性质 0 0 0 0 0 0 0 0 0 静态时Q使管子截止 静态时Q使管子截止 电路组成如图所示 由一个PNP管和一个NPN管组成 电路的静态分析 正半周 UBE2反偏T2截止 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 继续 本页完 UBE1正偏T1导通 当输入信号为正半周时 T1管的BE极处于正偏导通 T2管的BE极处于反偏而截止 通过T1的电流iC流经负载 在RL上产生一个正半周的输出电压uO 输出半个波形 单击此进入OCL工作过程演示 输入信号为正半周时 负半周 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 输入信号为负半周时 两管的B极电压比地低 UBE反偏T1截止 UBE正偏T2导通 继续 本页完 通过分析知 输入信号在一个周期内 T1与T2轮流导通和截止 可以输出一个完整的波形 这种电路称为推挽式电路或称为互补对称电路 仔细观察电路还可以知道 负载RL是接在两管的发射极 与每个管组成一个射随器 所以这个电路没有电压放大作用 但可以输出很大的电流 达到功率放大的效果 单击此进入OCL工作过程演示 二 电路的分析计算 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 继续 二 电路的分析计算 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 输出功率PO POm 本页完 由于功率放大器的输出是工作在大信号状态下 所以在分析功率放大器的各种参数时 不能用第三章的微变等效法 H参数等效法 计算 只能用通过图解法结合电路分析的方法确定输出电压 管耗 效率等的参数 由于两个管子的极性相反 PNP和NPN 所以其输出特性曲线刚好是相反 又因为两管的Q点相同 均在截止点 所以两曲线在Q点处相衔接 1 输出功率PoPo的一般式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 本页完 1 输出功率Po 输出功率Po 有效值 的一般式 输出电压的幅值Uom 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 输出功率PO POm 输出功率PO POm 输出功率PO POm 输出功率PO POm Uom Iom 输出电流的幅值Iom 设输出功率为Po输出电压有效值为Uo输出电流有效值为Io输出电压的幅值为Uom 电路允许输出的最大功率Pom 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 单击此进入OCL工作过程演示 二 电路的分析计算 继续 本页完 由下图可看出 输出电压的最大范围是如图所示的正弦波的两个幅值2Ucem之间 超过这两个值则进入饱和区而产生失真 根据这两个值可算出本电路的最大输出功率Pom OCL允许输出的最大功率Pom 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 输出功率PO POm 输出功率PO POm Ucem Icm1 1 输出功率Po 输出功率Po 有效值 的一般式 输出的最大电压幅值Ucem 显然Uom越大 输出的功率PO越大 当Uom为最大值时 输出的功率PO POm 推导Pom表达式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 单击此进入OCL工作过程演示 二 电路的分析计算 继续 本页完 根据输出功率的一般式 把输出电压的最大值Ucem代替Uom即可 由图可知 Ucem VCC 电源电压 所以 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 输出功率PO POm 输出功率PO POm 输出功率PO POm Ucem Icm1 OCL允许输出的最大功率Pom 1 输出功率Po 输出功率Po 有效值 的一般式 输出的最大电压幅值Ucem 最大功率Pom的几何意义就是这个三角形的面积 2 管耗PT推导PT的表达式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 所谓管耗PT就是损耗在三极管本身的转化为热量的电能 这是无用功 2 管耗PT 继续 本页完 iO uCE 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 管耗PT 管耗PT 管耗PT 1 输出功率Po iC 设输出为正弦波uo Uomsim t 每只管只在半个周期内 0 导通 则在这期间的管耗PT1为 把uO Uomsim t代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为 两只管的总管耗PT为 思路 管耗PT由流经三极管的iC iC iO uO RL 与三极管ce极电压uCE VCC uO 的乘积决定 但由于uO是变量 所以uCE也是变量 计算管耗PT要用积分 又因为两只管是对称的 管耗一样 只需求出一只管的管耗PT1 然后乘2即可 管耗PT的表达式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 本页完 管耗PT 电源供给的功率PV 效率 管耗PT 2 管耗PT 1 输出功率Po 设输出为正弦波uo Uomsim t 每只管只在半个周期内 0 导通 则在这期间的管耗PT1为 把uO Uomsim t代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为 两只管的总管耗PT为 iO uCE 3 直流电源供给的功率PV 1 PV的一般式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 本页完 电源VCC供给的功率PV 显然是输出功率Po和管耗PT之和 3 直流电源供给的功率PV PV Po PT 其中 解以上三个式子得 1 PV的一般式 电源供给的功率PV 效率 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV iO uCE 过度 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 3 直流电源供给的功率PV 1 PV的一般式 电源供给的功率PV 效率 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV iO uCE 2 PVm的表达式 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 本页完 3 直流电源供给的功率PV 1 PV的一般式 电源供给的功率PV 效率 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV 电源供给的功率PV 2 PV的最大值Pvm 上式中PV与Uom是一次函数关系 所以当输出电压幅值达到最大时 即 Uom Ucem VCC时 代入上式得电源供给的最大功率PVm为 参考最大输出功率一节 iO uCE 4 效率 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 继续 本页完 效率的定义为有用功与总功之比 本电路显然是输出功率Po与电源供给功率PV之比 Uom Ucem VCC时 代入上式得输出最大功率Pom时的效率为 4 效率 当输出电压幅值达到最大时 即 这也是本电路的最大效率 一般效率 最大效率 m p 4 效率 效率 效率 效率 3 直流电源供给的功率PV 一般情况下的效率为 iO uCE 由式可得 输出电压的幅度Uom越大 效率越高 输出电压幅度Uom越小 效率越低 三 功率管BJT的选择1 最大管耗与最大输出功率的关系 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 三 功率管BJT的选择 继续 本页完 首先确定令管耗PT1为最大的条件 1 最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系 最大管耗PT1m 根据电路的输出功率 利用以下关系挑选合适管耗的三极管 解得Uom 2VCC 0 6VCC 管耗PT1与输出电压幅值Uom的一般关系式 对上式求导数并令为0 因为电路的最大输出功率Pom为 Pom V2CC 2RL PT1m 0 2Pom 管耗与输出的关系 最大允许管耗PCM 管的最大Uce BJT的最大ICM 管耗与输出的关系 管耗与输出的关系 管耗与输出的关系 PT1随Uom的变化是二次函数关系 由其性质可知 存在一个极大值PT1m 把Uom 2VCC 0 6VCC代入可求出PT1的最大值 iO uCE 由分析知 若确定了电路的最大输出功率后 可挑选管耗符合上式的三极管使用 例如某一电路设计时要有10W的最大输出功率 那么在挑选三极管时 其允许的最大的管耗PCM必须要大于等于2W 这样在工作时三极管才不会烧毁 iO uCE 2 功率BJT的选择 1 每只管的最大允许管耗PCM必须大于PT1m 0 2Pom 2 每只管的CE极间最大反向极间电压应有 V BR CEO 2VCC 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 三 功率管BJT的选择 在选择三极管 BJT 时 为了保证三极管的工作安全 一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数 1 每只管的最大允许管耗PCM必须大于PT1m 0 2Pom 2 每只管的CE极间最大反向极间电压应有 U BR CEO 2VCC 2 功率BJT的选择 考虑到当某只管导通时 另一只管CE间所承担的电压为2VCC 所以每只管的CE极最大反向极间电压应有 U BR CEO 2VCC VCC VCC 2VCC 三极管导通 VCC直接加到T2管 继续 本页完 uce 0 VCC VCC 最大允许管耗PCM 管的最大Uce BJT的最大ICM 最大允许管耗PCM 最大允许管耗PCM 最大允许管耗PCM 管的最大Uce 管的最大Uce 管的最大Uce 1 最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系 OCLBJT的最大集电极电流ICM 一 电路的组成和工作过程 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 二 电路的分析计算 三 功率管BJT的选择 io vce 如左图所示情形就是实际工作中通过BJT的最大集电极电流 icm iom 所以有icm iom VCC RL所以BJT允许的最大集电极电流ICM应有ICM icm VCC RL否则当BJT工作在最大集电极电流icm状态下较长时间时 BJT会烧毁 3 BJT的最大集电极电流ICM ICM icm VCC RL 继续 本页完 vce 0 VCC BJT的最大ICM BJT的最大ICM BJT的最大ICM BJT的最大ICM 2 功率BJT的选择 1 最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系 在选择三极管 BJT 时 为了保证三极管的工作安全 一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数 1 每只管的最大允许管耗PCM必须大于PT1m 0 2Pom 2 每只管的CE极间最大反向极间电压应有 U BR CEO 2VCC OCL电路分析计算公式一览表 OCL电路分析计算公式一览 乙类双电源互补对称功率放大电路 OCL 继续 输出功率Po 有效值 BJT的管耗PT PT1m 0 2Pom 电源供给的功率 电源的效率 本页完 OCL电路的特点 1 OCL是射随器 2 OCL本身没有电压放大作用 电压放大由前一级放大电路完成 前级电压放大电路一般称为前置级 主要用作电流放大 3 OCL推挽输出级要使用两只极性不同的管子搭配 例题 返回 结束 m p 4 注意 以上各式中的Uom均是输出正弦波电压中的振幅 例5 2 1求管子参数 一 功率放大电路的特点及主要研究对象 例功放电路如图所示 管的极限参数为ICM 2A U BR CEO 30V PCM 5W 设VCC 12V RL 8 试求 1 最大输出功率Pom值 并检验所给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 利用求最大输出功率的公式得 检验所选三极管是否合适本电路 而本电路工作时最大的集电极电流icm 因为要有ICM 2A icm icm iom VCC RL 12 8 1 5 A 有ICM 2A icm 1 5 A 本参数符合要求 又因为BJT的 U BR CEO 30V 2VCC 2 12V 24V本参数亦符合电路要求 对于管耗应符合PCM PT1m 0 2Pom 而PT1m 0 2Pom 0 2 9 1 8 W PCM 5W PT1m 1 8W符合要求 ICM icm VCC RL U BR CEO 2VCC PCM PT1m 0 2Pom 单击此按钮即可返回链入处 继续 本页完 应用公式 例5 2 1求电路效率和输出功率 继续 2 求 0 6时的输出功率Po 求出当 0 6时的输出电压幅值Uom 代入输出功率的一般式得 根据效率的一般式 4 Uom 9 2 V 本页完 应用公式 解 例功放电路如图所示 管的极限参数为ICM 2A U BR CEO