最大输出功率和效率的计算PPT学习教案

1、会计学1 最大输出功率和效率的计算最大输出功率和效率的计算 第九章第九章 功率放大电路功率放大电路 9.1功率放大电路概述功率放大电路概述 9.2互补功率放大电路互补功率放大电路 9.3功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行 9.4集成功率放大电路集成功率放大电路 第三版童诗白第三版童诗白 第1页/共34页 第三版童诗白第三版童诗白 本章重点和考点：本章重点和考点： 1.重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率 和效率的计算。和效率的计算。 2.掌握集成功放的使掌握集成功放的使 用。用。 本章教学时数：本章教学时数：4学时学时 第2页/共34页 第

2、三版童诗白第三版童诗白 本章讨论的问题：本章讨论的问题： 1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？ 2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？ 3.晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？ 4.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？ 第3页/共34页 第三版童

3、诗白第三版童诗白 本章讨论的问题：本章讨论的问题： 5.在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，如何估算出最大输出功率？在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，如何估算出最大输出功率？ 6.在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，对于不同电路形式的功放，最大输出功率都相同吗？它们与电路中晶体管的工作状态有关吗？在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，对于不同电路形式的功放，最大输出功率都相同吗？它们与电路中晶体管的工作状态有关吗？ 7.功放管和小功率放大电路中晶体管的选择有何不同？如何选择？功放管和小功率放大电路中晶体管的选择有何不同？如何选择？ 第4页/共34页 9.1功率放

4、大电路概述功率放大电路概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为 功率放大电路功率放大电路，简称，简称功放功放。 功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯 追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的 情况下，输出尽可能大的功率。情况下，输出尽可能大的功率。 功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大大，三极管极限工作三极管极限工作 = Pomax / PV 要高要高 失真要小失真要小 第5页/共34页 9.1.1功率放大电路的特点功率放大电路的特点 一、主要技术指标一、

5、主要技术指标 1.最大输出功率最大输出功率Pom 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为PoIoUo。 最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率 2.转换效率转换效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。 3.最大输出电压最大输出电压Uom 第6页/共34页 二、

6、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管 在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。 选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件散热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施各种保护措施。 晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM 晶体管管压降最大时接近晶体管管压降最大时接近U（ （BR）CEO 晶体管耗散功率最大时接近晶体管耗散功率最大时接近PCM 三、功率放大电路的分析方法三、

7、功率放大电路的分析方法 采用图解法采用图解法 第7页/共34页 9.1.2功率放大电路的组成功率放大电路的组成 一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路 图图9.1.1 (a)共射放大电路共射放大电路 图图9.1.1输出功率和效率的图解分输出功率和效率的图解分 析析 直流电源提供的直流功率为直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形即图中矩形ABCO的面积。的面积。 集电极电阻集电极电阻RC的功率损耗为的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形即图中矩形QBCD的面积。的面积。 晶体管集电极耗散功率为晶体管集电极耗散功率为ICQ UCEQ 即图中矩

8、形即图中矩形AQDO的面积。的面积。 1.无输入信号作用时无输入信号作用时 第8页/共34页 图图9.1.1输出功率和效率的图解分输出功率和效率的图解分 析析 2.在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的直流功率不变直流电源提供的直流功率不变 负载电阻负载电阻RL上所获得的功率上所获得的功率PO仅为仅为P/Om的一部分。的一部分。 R/L(=RC/RL)上获得的最大交流功率上获得的最大交流功率P/Om为为 )( 2 1 ) 2 ( 2 0LCQCQL CQ m RIIR I P 即图中三角形即图中三角形QDE的面积的面积 共射放大

9、电路输出功率小，效率低共射放大电路输出功率小，效率低（25） ，不宜作功放。，不宜作功放。 第9页/共34页 二、变压器耦合功率放大电路二、变压器耦合功率放大电路 传统的功放为变压器耦合式电路传统的功放为变压器耦合式电路 电源提供的功率为电源提供的功率为PVICQ VCC ，全部消耗在管子上。，全部消耗在管子上。 则可作出交流负载线则可作出交流负载线 RL等效到原边的电阻为等效到原边的电阻为 LL R N N R 2 2 1) ( 变压器原边线圈电阻变压器原边线圈电阻 可忽略不计，直流负可忽略不计，直流负 载线载线 垂直于横轴且过垂直于横轴且过 (VCC ，0)。 第10页/共34页 CCCQ

10、 CC CQ m VI VI P 2 1 22 0 在理想变压器的情况下，最大输出功率为在理想变压器的情况下，最大输出功率为 即三角形即三角形QAB的面积的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为电路的最大效率为: Pom / PV =50 第11页/共34页 实用的变压器功率放大电路实用的变压器功率放大电路 希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得

11、的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路 图图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路 同类型管子在电路中交替导通的方式称为同类型管子在电路中交替导通的方式称为“推挽推挽”工作方式。工作方式。 无输入信号，二管截止无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替导通有输入信号，二管交替导通 第12页/共34页 功率放大电路的分类功率放大电路的分类 在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分

12、类 甲类甲类( ( 2 ) ) t iC O Icm 2 ICQ t iC O Icm 2 ICQ 乙类乙类( ( ) ) t iC O Icm ICQ 2 甲乙类甲乙类( ( 0时时 ，T1和和T4导通，导通， T2和和T3 截止，负载上获得正半周电压；截止，负载上获得正半周电压； 当当 ui 0 T1 导通导通 T2 截截 止止 iC1 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL ui 0 T2 导通导通 T1 截截 止止 iC1 io = iE2 = iC2, uO = iC2RL ui = 0 T1 、 T2 截截 止止 9.2互补功率放大电路互补功率放大电路 目前使用最广泛

13、的功放是目前使用最广泛的功放是OTL电路和电路和OCL电路电路 若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真交越失真。 动画动画avi17- 3.avi 第17页/共34页 二、消除交越失真的二、消除交越失真的OCL电路的工作原理电路的工作原理 t iC 0 ICQ1 ICQ2 消除交越失真思路消除交越失真思路 ： 图9.2.2消除交越失真的消除交越失真的OCL电电 路路 RL R D1 D2 T1 T2 +VCC + ui + uo VCC V5 ui ui = 0，给给 T1、T2 提供静态电压提供静态电压 UB1、B2UD1UD2UR2 U UB1

14、B1、B2B2略大于略大于T T1 1管发射结和管发射结和T T2 2管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为I IB1B1和和I IB2B2 。静态时应调节静态时应调节 ，使，使为为0,0,即即为为0 0。 动画动画avi17-2.avi 第18页/共34页 当当 ui = 0 时，时，T1、T2 微导通。微导通。 当当 ui 0 ( ( 至至 ) )， T1 微导通微导通 充分充分导通导通 微导通；微导通； T2 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。 当当 ui 0 ( (

15、至至 ) )， T2 微导通微导通 充分导通充分导通 微导通；微导通； T1 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。 当输入信号为正弦交流电时当输入信号为正弦交流电时 图图9.2.3 T1和和T2 管在管在ui作用下输入作用下输入 特性中的图解分析特性中的图解分析 二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在甲乙类状态。甲乙类状态。 第19页/共34页 9.2.2OCL电路的输出功率及效率电路的输出功率及效率 当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析 图图9.2.4OCL电

16、路的图解分电路的图解分 析析 图中图中I区为区为T1管的输出特性，管的输出特性，II区为区为T2管的输出特性；管的输出特性； 二只管子的静态电流很小，可认为二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴上。点在横轴上。 Uop = VCC UCES 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 最大不失真输出电压的有效值最大不失真输出电压的有效值 2 UV U CESCC O m 动画动画avi17- 1.avi 第20页/共34页 最大输出功率最大输出功率 L 2 CESCC L O 2 O R2 UV R U P ）（ m m 电源电源VCC提供的电流提供的电流 tisin R UV L CESCC C 电

17、源在负载获得最大交流功率时所消耗的电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积。平均功率等于其平均电流与电源电压之积。 0 CC L CESCC V Vsin R UV1 Ptdt L CESCCCC V R UVV2 P ）（ 转换效率转换效率 CC CESCC V O V UV 4P P m 理想情况下，理想情况下， UCES可忽略；但大功率管可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略较大，不能忽略 第21页/共34页 复习：复习： 1.功放电路的性能指标：功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率最大输出电压、最大输出功率和效率 2.功放电路的分类：

18、功放电路的分类： 甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类 变压器耦合、变压器耦合、OTL、OCL和和BTL 3.OCL功放的性能指标：功放的性能指标： 2 UV U CESCC O m Uop = VCC UCES L 2 CESCC L O 2 O R2 UV R U P ）（ m m L CESCCCC V R UVV2 P ）（ CC CESCC V O V UV 4P P m 第22页/共34页 9.2.3OCL电路中晶体管的选择电路中晶体管的选择 一、最大管压降一、最大管压降 UCEmax=2VCC 二、集电极最大电流二、集电极最大电流 L CES1CC Ema

19、xCmax R UV II L CC Cmax R V I 三、集电极最大功耗三、集电极最大功耗 ）（ 4 UUV R 1 sin R U )sinUV( 2 1 2 1 P OM 2 OMCC L 00 L OM OMCCT ttdttdiu CCE 如何求如何求PT的最大功率？的最大功率？ RL R D1 D2 T1 T2 +VCC + ui + uo VCC V5 ui 第23页/共34页 CCCCOM V6 . 0V 2 U0 ，可以求得，令 OM T dU dP m0 L 2 CC 2 maxT P2 . 0 R V P 晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。晶体管集电极最

20、大功耗仅为最大输出功率的五分之一。 在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数 BUCEO2VCC ICMVCC/RL PCM0.2Pom 第24页/共34页 例例9.2.1在图在图9.2.2所示电路中已知所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为，电压放大倍数约为1，负载电阻，负载电阻RL 4欧，欧， （1）求解负载上可能获得的最大功）求解负载上可能获得的最大功 率和效率率和效率 （2）若输入电压最大有效值为）若输入电压最大有效值为8V， 则负载上能够获得的最大功率为多

21、则负载上能够获得的最大功率为多 少。少。 解解（1） W m m 18 R2 UV R U P L 2 CESCC L O 2 O ）（ 628. 0 V UV 4P P CC CESCC V O m （2）因为）因为UOUi，所以，所以UOm8V。最大输出功率。最大输出功率 W m m 16 4 8 R U P 2 L O 2 O RL R D1 D2 T1 T2 +VCC + ui + uo VCC V5 ui 第25页/共34页 9.4集成功率放大电路集成功率放大电路 OTL、OCL和和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。电路均有各种不同

22、电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。 9.4.1集成功率放大电路分析集成功率放大电路分析 LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。 掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。 第26页/共34页 一、一、LM386内部电路内部电路 图图9.4.1LM386内部电路原理图内部电

23、路原理图 第一级差分放大电路（双入单出）第一级差分放大电路（双入单出） 第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）第二级共射放大电路（恒流源作有源负载） 第三级第三级OTL功放电路功放电路 输出端应外接输出电容后再接负载。输出端应外接输出电容后再接负载。 电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。 第27页/共34页 二、二、LM386的电压放大倍数的电压放大倍数 1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时 Uf=UR5+UR6Ui/2 O i O f U

24、 U RRR RR U U F 2 765 65 20 2 )1 (2 65 7 65 7 RR R RR R U U A i O u 2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时 RRR R A u / 2 65 7 第28页/共34页 3.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时 200 2 5 7 R R A u 4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数 65 7 )/(2 RR RR A u 电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节， 调节范围为调节范围为20200。 三、三、LM386引脚引脚 图图图图9.4.2L