模电--功率电子电路PPT课件

.,1,第四章功率放大器,4.1概述,4.2乙类互补对称功率放大电路,4.3甲乙类互补对称功率放大电路,*4.4集成功率放大器,甲乙类双电源互补对称电路,甲乙类单电源互补对称电路,.,2,4.1概述,例：扩音系统,什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器,.,3,电压放大器,功率放大器,放大电压信号,获得大的输出功率,AuRiRo,Po=UoIo,小信号微变等效电路分析法,大信号图解法,.,4,一.功放电路的特点,（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。,（1）输出功率Po尽可能大,.,5,(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(4)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Po:负载上得到的交流信号功率。PE:电源提供的直流功率。,（5）功放管散热和保护问题,.,6,二.甲类功率放大器分析,1.三极管的静态功耗：,若,电源提供的平均功耗：,则,.,7,2.动态功耗,（当输入信号Ui时）,输出功率:,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。,最大输出功率:,.,8,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小静态功率大，效率低,.,9,三.BJT的几种工作状态,甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。,甲乙类：介于两者之间，导通角大于180,乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。,.,10,一.结构,4.2乙类互补对称功率放大电路,乙类状态的NPN、PNP射极跟随器互补组成对称式功放,.,11,二、工作原理,静态时：,动态时:(设ui为正弦波),T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。,ui=0VIc1=Ic2=0（乙类状态）uo=0V,ui负半周,ui正半周,.,12,uo=VCC-uCE,|uo|=|uCE|Uom=Ucem,io=iC,Iom=Icm,三、分析计算图解法,Icm,Ucem,负载上的最大不失真输出电压为(极限值）Uom=Ucem=VCC-UCESVCC,UCES,动画演示,.,13,最大不失真输出功率Pomax,1.输出功率Po,三、分析计算,.,14,一个管子的管耗,2.管耗PT,两管管耗,.,15,3.电源供给的功率PE,当,4.效率,最高效率max,.,16,四三极管的最大管耗,使PT1对Uom求导，并令导数=0，有：,求得：,管耗：,最大管耗：,.,17,选功率管的原则：,1.PCMPT1max=0.2PoM,2,.,18,输入输出波形图,死区电压,动画演示,乙类互补对称功放的缺点,.,19,交流短路,静态时:UBE1+|UBE2|=UD1+UD2=0.7V+0.7V=1.4V两管均处于微导通状态甲乙类工作状态IC1=-IC2Io=0Uo=0,动态时：设ui加入正弦信号。,电路中增加R1、D1、D2、R2支路,1.结构:,4.3甲乙类互补对称功率放大电路,一.甲乙类双电源互补对称电路,功率、效率的计算套用乙类公式，误差在允许的范围内。,ui正半周，T1通、T2止；,ui负半周，T2通、T1止。,2.基本原理,.,20,波形关系：,特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。,.,21,2.带前置放大级的甲乙类功率放大器,R2D克服交越失真,T3前置级(甲类状态）,T1T2互补对称功放（甲乙类状态）,（计算同乙类）,R3和R4稳定输出电流,.,22,3.电路中增加复合管,增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。,12,复合NPN型,.,23,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,复合NPN型,复合PNP型,.,24,4.带复合管的OCL互补输出功放电路：,T1：电压推动级（前置级）,T2、R1、R2：UBE扩大电路,T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,静态工作：ui=0，T1导通，R3限流，合理选择R1、R2，b3、b5间可得到UBE2任意倍的电压。在此需要3UBE2,.,25,4.带运放前置放大级的甲乙类功率放大电路,运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：,.,26,单电源供电；,输出加有大电容。（作用：负电源、耦合）,（1）静态偏置,二.甲乙类单电源互补对称电路,调整RW阻值可使,电容上电压,1、结构,2、工作原理,C隔断直流IO=0UO=0,.,27,（2）动态分析,（电容起到了负电源的作用）,ui负半周时，T1导通、T2截止；,ui正半周时，T1截止、T2导通。,供电总电压：VCC-UC=VCC/2,供电电压：UC=-VCC/2,功率、效率的计算套用双电源互补对称功放的公式将原VCC换为VCC/2,.,28,（3）输出功率及效率,若忽略交越失真的影响。则：,电路使用单电源，有输出电容，没有输出变压器，称为OTL电路,.,29,此电路存在的问题：,输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。,输出交流电压的极限值：UomVCC/2,.,30,2.带自举电路的单电源功放,静态时,C1充电后，其两端有一固定电压VCC/2,动态时,C1、R7为自举电路,A,保证T1饱和,.,31,2.带自举电路的单电源功放,静态时,C1充电后，其两端有一固定电压VCC/2,动态时,C1、R7为自举电路,A,uo向正方向上升时，由于C1很大，两端电压基本不变，A点电位随输出电压升高而升高。使得R8上的交流电位也大幅上升，这就是自举效应。保证输出幅度达到VCC/2。,.,32,OTL:OutputTransformerLess,OCL:OutputCapacitorLess,总结：互补对称功放的类型,互补对称功放的类型,变压器耦合式功放,双电源互补对称功放（OCL电路）,单电源互补对称功放（OTL电路）,.,33,4.4集成功率放大器,集成功率放大器DG4100简介：,.,34,集成功放DG4100的外部接线图：,.,35,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、正确理解功率放大器的特点及甲类，乙类和甲乙类的概念。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：PCMPT10.2Pom，|V(BR)CEO|2VCC，ICMVCC/RL。,.,36,3、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