清华模拟电子技术基础第4章.ppt

1、第一节 功率放大电路的主要特点,对放大电路的要求,放大电路中三极管的工作状态,放大电路的分析方法,下页,总目录,在一些电子设备中，常要求放大电路的输出级能带动某种负载，因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大器。,最大输出功率Pom ： 在正弦输入信号下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时， 放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。,一、 对放大电路的要求,下页,上页,首页,式中 po 为放大电路输出给负载的功率， 而 pv 为直流电源VCC所提供的功率。,下页,上页,首页,如果功率放大电路的效率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热

2、量，使管子、元件等温度升高，因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。,3.当功率放大电路工作时，应防止三极管的工作点超出安全工作区的范围。选用放大三极管时，极限参数应留有一定的余地。并根据手册安装合适的散热器。,下页,上页,二、放大电路中三极管的工作状态,1.功放电路中，三极管工作在大信号状态， 使得管子的特性曲线的非线性问题充分暴露出来。,首页,2.电源提供的功率除了消耗在负载上外，其余部分基本消耗在放大管上，应使管消耗功率尽可能小。为此通常使管在静态时工作在临界导通，甚至截止状态，使其直流功耗趋于零。从这一点看，前述各电路均不适合做功放。,三极管的安全工作区,过流区,iCuCE

3、=PCM,过压区,安 全 工作区,ICM,U(BR)CEO,极限参数,a. 集电极最大允许电流 ICM,b. 集电极最大允许耗散功率 PCM,c. 极间反向击穿电压,集射反向击穿电压U(BR)CEO,集基反向击穿电压U(BR)CBO,在功率放大电路中， 由于三极管的工作点在大范围内变化， 因此，对电路进行分析时， 一般不能采用微变等效电路法， 常采用图解法分析放大电路的静态和动态工作情况。,下页,上页,三、放大电路的分析方法,根据功率放大电路的上述特点，可以组成功率放大的具体电路。 考虑电路的具体形式时， 主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率， 并尽量减小输出波形的非线性失真。,

4、首页,传统功放多采用变压器耦合方式，目前应用的有： OTL电路：无输出变压器功率放大电路 output transformerless OCL电路：无输出电容的功率放大电路 output capacitorless BTL电路：桥式推挽电路 balanced transformerless 上述三种电路均采用射极输出方式，即共集接法。 （输出电阻低，带负载能力强）,功率放大电路的分类,功率放大管的工作状态 甲类：在信号整个周期中，放大管均导通。360 （不使用） 乙类：放大管仅在信号半个周期导通。180 甲乙类：放大管导通时间大于半个周期。180 360 ,第二节 互补对称式功率放大电路,电路

5、的组成和工作原理,互补对称电路主要参数的估算,下页,总目录,一、 电路组成和工作原理,1. OTL乙类互补对称电路,R1 和 R2确定放大电路的静态电位。,动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。,下页,上页,首页,交越失真,ui 0时VT1导通VT2截止。,ui 0时VT2导通VT1截止。,iL = iC1 iC2,下页,上页,首页,动画,2. OTL甲乙类互补对称电路,避免了ui较小时两管同时截止 减小了交越失真。,iC1 和 iC2不为零，,下页,上页,首页,下页,上页,首页,仿真,Icm = (VCC UCES )/RL,静态时 UCE1 = +VCC , UCE2 = V

6、CC,下页,上页,3. OCL甲乙类互补对称电路,首页,仿真,下页,上页,OCL电路存在的主要问题： 两个三极管的发射极直接连到负载电阻上， 如果静态工作点失调或电路内元器件损坏， 将造成一个较大的电流长时间流过负载， 可能造成电路损坏。 为了防止出现此种情况，实际使用的电路中， 常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。,首页,ui 0时工作点沿QA上移。 ui 0时工作点沿QB下移。,Ucem= VCC - UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,二、 互补对称电路主要参数的估算,1. OCL互补对称电路主要参数的估算,首页,Ucem = VCC UCES,下页,上页,（1）最大输出功率,

7、当满足条件UCES VCC时,首页,下页,上页,（2）效率,当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。,当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为,如果考虑三极管的饱和管压降UCES ，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数,在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：, 集电极最大允许电流ICM,因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：,首页,下页,上页,在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即, 集电极最大允许反向电压U(

8、BR)CEO,当VT2导电时， VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时， VT1的集电极电压达到最大，此时：,或,因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为,首页,当忽略三极管的管压降时，PTm = 0.2 Pom,下页,上页,在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT ，使管子发热。, 集电极最大允许耗散功率PCM,当集电极输出电压的峰值UOM 0.6 VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT= PTm 。此时，每个三极管的最大管耗为:,因此，在选择功率三极管时应满足，PCM

9、 0.2 Pom,首页,Ucem= ,2,VCC,UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,2. OTL互补对称电路主要参数的估算,2,首页,下页,上页,（1）最大输出功率,（2）效率,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数, 集电极最大允许电流ICM, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,PTm = 0.2 Pom, 集电极最大允许耗散功率PCM,首页,晶体管的工作状态,甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。,乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小效率高。,甲乙类工作状态 晶体管

10、导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,下页,上页,首页,第三节 采用复合管的互补对称式放大电路,复合管的接法及其和rbe,复合管组成的互补对称放大电路,下页,总目录,一、复合管的接法及其和rbe,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， 首先，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。 其次，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。,下页,上页,首页,rbe= rbe1 +（

11、1+ 1）rbe2,( 1+ 2+ 1 2) iB,iE= (1+2) (1+ 1)iB1 = iB + iC,= 1+2+12 12,iC1 = 1 iB1,iE1= iB2 = (1+ 1)iB1,iC2 = 2 (1+ 1) iB1,与NPN型三极管等效,下页,上页,首页,ic,iC= 1(1+ 2) iB1 = (1+ 1 2) iB,iE= (1+ 1+ 1 2) iB1 = iC + iB, = 1 （1 +2） 12,rbe= rbe1,与NPN型三极管等效,iE1= (1+ 1) iB1,iC1= iB2= 1 iB1,iC2= 1 2)iB1,下页,上页,首页,rbe= rb

12、e1 +（1+ 1）rbe2, = 1+2+12 12,与PNP型三极管等效, = 1 （1 +2） 12,rbe= rbe1,与PNP型三极管等效,下页,上页,首页,二、复合管组成的互补对称放大电路,VT3、VT4很难互补对称,VT3、VT4可实现互补对称,上页,首页,第四节 集成功率放大器,集成功率放大器的电路组成,集成功率放大器的主要技术指标,集成功率放大器的引脚和典型接法,下页,概述,总目录,目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集成功率放大器。 集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将

13、各种保护电路也集成在芯片内部，使用更加安全。 集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。 从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。 从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。,下页,上页,首页,一、概述,集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在于，对前者要求输出更大的功率。 为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合管组成。 另外，通常要求更高的直流电源电压。 对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。 由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。 有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。,下页,上页,首页,下页,上页,二、集成功率放大器的电路组成,输入级为双端输入、单端输出差分放大电路,镜像电流源,中间级,引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。,首页,下页,上页,三、集成功率放大器的主要技术指标,LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),首页,下页,上页,LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),首页,下页,上页,四、集成功率放大器的引脚和典型接法,引脚7 与地之间应接一个旁路电容CB,如果1、8两端开路，功率放大电路的电压增益约为20倍。,如果1、8之间仅接