功率放大电路课件.ppt

2020/5/1,1,8.1功率放大电路的一般问题,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,8.4甲乙类互补对称功率放大电路,8.2射极输出器甲类放大的实例,功率放大电路,2020/5/1,2,2,本章主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。重点掌握功率放大电路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态，最大输出功率，转换效率，交越失真等；掌握OCL的工作原理，并估算最大输出功率和效率；正确理解功率放大电路的组成原则，了解功放管的选择方法。,内容简介,2020/5/1,3,8.1功率放大电路的一般问题,2.功率放大电路提高效率的主要途径,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,2020/5/1,4,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,(1)功率放大电路的主要特点,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。,(2)要解决的问题,提高效率,减小失真,管子的保护,一般直接驱动负载，带载能力要强。,4,（3）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，也保护使用者。,（1）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输出功率（P0大时，效率影响大）；,（2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。,2020/5/1,5,5,无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。,主要技术指标,（1）最大输出功率Pom：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。,分析方法,工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。,（2）转换效率：最大输出功率与电源提供的功率之比，即,思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,指标,如：企业与学校，都有“产品”，目标不同,2020/5/1,6,2.功率放大电路提高效率的主要途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,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180,2020/5/1,7,2020/5/1,7,三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：,乙类：=180,甲类：=360,甲乙类：180360,丙类：180,思考题：功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？,思考题：功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？,提高功放效率的根本途径是减小有源器件（功放管）的静态功耗。,2.晶体管的工作状态,采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产生交越失真。,有时用半导通角,工作状态分析,消耗在功放管的静态功耗。,2020/5/1,8,8,复习：R的电源供给功率图-耗能元件,2020/5/1,9,9,复习：L的电源供给功率图-P=0，储能元件,2020/5/1,10,10,10,图功率放大器工作状态的分类（a）甲类;（b）乙类;（c）甲乙类,本质：静态工作点不同，-偏置不同,甲、乙类、甲乙类示意图,2020/5/1,11,11,甲乙丙状态的转移特性,甲类的输出特性,思考：图中那些曲线应该用虚线表示,乙类：=180,甲类：=360,甲乙类：1800。（2）当输入信号为负半周时,uiT信，电容C就可充当原来的VCC。,计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。,2020/5/1,42,42,OTL乙类互补对称功率放大电路,优点：单电源供电。,缺点：低频特性差。,静态时：基极电位为Vcc/2（分析见书P393），由于电容C的容量足够大，若初始电压为0，则基极电压通过T1管发射结向电容C充电，直至近似为Vcc/2为止。输入信号正半周电源Vcc向T1管供电；输入信号负半周，电容C上存储的电压Vcc/2向T2管供电。,OutputTransformerLessAmplifier无输出变压器（书P393）,2020/5/1,43,43,本讲主要掌握以下内容：功率放大电路的特点和组成原则：输出尽可能大的不失真信号功率和具有尽可能大的转换效率；晶体管的工作状态：甲类、乙类和甲乙类；工作状态的本质是什么？理想效率的计算（50%，78%，65%）。OCL电路的定义，工作原理、交越失真和解决，优缺。了解OTL电路的定义，工作原理，优缺.,小结,2020/5/1,44,44,无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。,主要技术指标,（1）最大输出功率Pom：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。,分析方法,工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。,（2）转换效率：最大输出功率与电源提供的功率之比，即,思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,指标,如：企业与学校，都有“产品”，目标不同,2020/5/1,45,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,(1)功率放大电路的主要特点,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。,(2)要解决的问题,提高效率,减小失真,管子的保护,一般直接驱动负载，带载能力要强。,45,（3）管子工作在接近极限状态。有时是双重保护，也保护使用者。,（1）在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输出功率（P0大时，效率影响大）；,（2）工作于大信号状态容易产生非线性失真。,2020/5/1,46,功率放大电路提高效率的主要途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,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180,2020/5/1,47,47,(b)乙类class-Bamplifier,(c)甲乙类class-ABamplifier,(d)丙类class-Camplifier,4.分类,(a)甲类class-Aamplifier,四类电路的效率示意图,由图知：黄色为电源输出平均功率，四类电路静态（平均）功耗逐步减小，效率提高。,2020/5/1,48,48,48,几类放大器的特点,甲类放大器的工作点设置在放大区的中间,这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态,输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）,缺点是三极管有较大的静态电流ICQ,这时管耗PC大,电路能量转换效率低。乙类放大器的工作点设置在截止区,这时,由于三极管的静态电流ICQ=0,所以能量转换效率高,它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大,非线性失真大。用互补电路弥补。甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区,即三极管处于微导通状态,这样可以有效克服乙类放大电路的交越失真问题,且能量转换效率也较高,目前使用较广泛。,2020/5/1,49,四类电路分析：a与b比静态（平均）功耗减小，输出功率不变，效率提高c与d比静态（平均）功耗不变，输出功率提高，效率提高,2020/5/1,50,乙类电路组成,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。,1.电路组成,2.工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。,正半周,负半周,2020/5/1,51,51,乙类输出波形示意图-两管轮流导通，合成完整波形,2020/5/1,52,52,无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路,优点：直接耦合，频率特性好。,缺点：双电源供电。,电路组成及工作原理双电源乙类互补功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路,简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。,OutputCapacitorLess的缩写，意为无输出电容,具体功率放大电路,2020/5/1,53,53,OTL乙类互补对称功率放大电路,优点：单电源供电。,缺点：低频特性差。,静态时：基极电位为Vcc/2（分析见书P393），由于电容C的容量足够大，若初始电压为0，则基极电压通过T1管发射结向电容C充电，直至近似为Vcc/2为止。输入信号正半周电源Vcc向T1管供电；输入信号负半周，电容C上存储的电压Vcc/2向T2管供电。,OutputTransformerLessAmplifier无输出变压器（书P393）,2020/5/1,54,54,因为在ui为0时，晶体管已经处于微导通状态，其导通角大于180o，所以晶体管处于甲乙类工作状态。,思考题：ui可以从A或B点接入吗？可以，只要ui为0时，晶体管处于微导通状态。,甲乙类双电源互补对称电路,乙类互补电路存在交越失真,2020/5/1,55,分析计算,1.最大不失真输出功率Pomax,忽略VCES时,3.最大管耗和最大输出功率的关系（每个管子最大耐压为2VCC）,0.2Pom,2.效率公式：,20