模拟电子技术基础资料PPT学习教案

1、会计学1模拟电子模拟电子(dinz)技术基础资料技术基础资料第一页，共57页。2目 录退出(tuch)5.1 概述(i sh) 4765.2 互补(h b)推挽功率放大器 4835.3 其他形式的功放电路 5095.4 功率器件、散热及保护电路 523第1页/共57页第二页，共57页。3功率(gngl)放大器的主要指标功率(gngl)放大器的分类返回退出第2页/共57页第三页，共57页。4功率放大：以输出功率为重点(zhngdin)，驱动负载。电压放大(fngd)：不失真地增大输出信号电压幅度，以驱动功放。 功率放大器实质上也是能量转换电路，它的主要特点就是工作在大信号状态下。1.预备知识 电

2、压放大和功率放大有不同的特点及指标要求，在多级放大器中，电压放大器处于前置级和中间级，而功率放大器处在末级（也可能包括末前级），以驱动负载。返回退出第3页/共57页第四页，共57页。5（2）功率放大器的效率和晶体管集电极效率c %o100UPP cU100%oPP 功率放大器在线性区能够向负载(fzi)提供的最大交流功率。 工作(gngzu)在线性区。op（1）输出功率注意： 提供的最大交流功率（管子充分利用或称尽限运用）。 效率：放大器的输出信号功率 与直流电源供给功率 之比:oPUP ：直流电源供给集电极和偏置电路等直流功率之和。UP 晶体管集电极效率 ：输出功率Po与电源供给集电极的直流

3、功率 之比:UPc 功率放大器的主要指标 返回退出第4页/共57页第五页，共57页。6coPPPU 直流电源供给功率(gngl) 一部分变成了有用的输出信号，剩余的部分主要变成了晶体管的管耗 ，即（3）非线性失真 由于功放工作在大信号状态下，所以很容易导致输出信号产生(chnshng)非线性失真。要求功放产生(chnshng)的非线性失真尽可能小。结论(jiln)： 功率放大器的任务是: 在确保晶体管安全运用情况下，获得尽可能大的输出功率，尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。UPcP返回退出第5页/共57页第六页，共57页。7 180 导通角导通角 90 导通角导通角功率放大器根据功放管的导

4、通时间的长短进行(jnxng)分类。（1）甲类（A类）工作(gngzu)状态 在输入信号的整个周期内晶体管都是导通的。（2）乙类（B类）工作状态 在输入信号的半个周期内晶体管导通。返回退出第6页/共57页第七页，共57页。818090（3）甲乙类（AB类）工作(gngzu)状态 是介于(ji y)甲类和乙类之间的工作状态，晶体管导通的时间大于半个周期，但小于一个周期。（4）丙类（C类）工作状态晶体管导通的时间小于半个周期。 90 返回退出第7页/共57页第八页，共57页。9CESCEUu（5）丁类（D类）工作(gngzu)状态 此时，晶体管处于开关(kigun)状态，即在输入信号的半个周期内饱

5、和导通；在另外半个周期内，晶体管截止。饱和导通：五类功放的效率满足下式：丁丙乙甲乙甲（6）结论返回退出第8页/共57页第九页，共57页。10乙类推挽(tu wn)功率放大器的工作原理乙类推挽(tu wn)功率放大器的分析计算乙类推挽功率放大器的非线性失真返回退出第9页/共57页第十页，共57页。11引言(ynyn)：甲类单管功放简介LL)(RNNR221LCESCCLcemcemcmo)(RuURUUIP22212121CCCQUIPUUocPP 时时当当0CESuLCCooRUPPmax221LCCCCcmCCCQRUUIUIPU2设变压器为理想(lxing)的%occ50UmaxPP 需要

6、强调指出的是，对于甲类功率，PU是一常数，与输入信号的大小无关。即使输入信号为零，直流电源还照样提供直流功率，因此效率很低。oP返回退出第10页/共57页第十一页，共57页。12 采用乙类的原因：由于晶体管只在半个周期内导通，因此晶体管的集电极静态电流 ，所以一个(y )周期内晶体管的平均功耗小。显然，集电极电流(dinli)产生了严重的非线性失真。 选用两只特性完全相同的异型晶体管 ，轮流工作在乙类状态。如何解决非线性失真和高效率的矛盾？从而在负载上获得完整的输出波形。0CQI返回退出第11页/共57页第十二页，共57页。13 （1） 和 是一对(y du)对称的异型晶体管； （2） 和 分

7、别(fnbi)与负载组成射极跟随器； （3）采用 两组电源供电。 两管交替工作，一只在输入信号正半周导通，另一只在负半周导通，犹如一推一挽，在负载上合成完整的波形。1VT2VT1VT2VTLRCCU乙类推挽功率放大器的工作原理返回退出第12页/共57页第十三页，共57页。14注：以下的分析中不考虑(kol)发射结门限电压。电路(dinl)0iu两管基极的静态电位为零两管均截止021CQCQIICCCEQCEQUUU21乙类推挽功率放大器的工作原理返回退出第13页/共57页第十四页，共57页。15电路(dinl)0iu 导通， 截止(jizh) 与 组成射极跟随器在 上得到上半周波形iu1Ei

8、输入信号在正半周的情况1VT2VTLR1VTLR乙类推挽功率放大器的工作原理返回退出第14页/共57页第十五页，共57页。16电路(dinl)0iu 导通， 截止(jizh) 与 组成射极跟随器在 上得到下半周波形iu2Ei 输入信号在负半周的情况1VT2VTLR2VTLR乙类推挽功率放大器的工作原理返回退出第15页/共57页第十六页，共57页。1721EELiii乙类推挽功率放大器的工作(gngzu)原理返回(fnhu)退出第16页/共57页第十七页，共57页。18LCCRUCCU1CEuCESNuoLCCRUCESPuoCCUQ静态时02121CQCQCCCEQCEQII,UUU两管的Q点

9、重合乙类推挽功率放大器的分析(fnx)计算组合特性(txng)曲线LR1 1.组合(zh)特性曲线 由于功放电路工作在大信号状态下，不能采用微变等效电路分析，必须采用图解法分析。为了便于分析，将VT2的特性曲线倒置在VT1特性曲线的下方，它们的静态工作点重合。CCECCEUuu221CCULCCRULCCRU返回退出第17页/共57页第十八页，共57页。19返回(fnhu)退出(tuch)第18页/共57页第十九页，共57页。20CCULCCRULCCRUALomaxCCRUP22op22cemcmoUIP cemcmUI21不考虑(kol)uCES时，输出功率是AQO的面积，此时输出功率最大

10、。两个(lin )晶体管的输出功率为 定义电压(diny)利用系数CCcem/UU222222121 LCCLCESCCLcemo)(RURuURUP时时当当1 即忽略晶体管的饱和压降结论：oP 通常所指的输出功率 是指在线性区得到的最大输出功率。实际输出功率与激励信号的大小有关。op返回第19页/共57页第二十页，共57页。21 直流电源供给晶体管集电极的直流功率(gngl)是由两个电源供给的.由于每个晶体管只导通半周期，故流过每个集电极的电流为半个周期的非正弦波。0I)d(cmcItiI20021 LCCmaxRUPU221 时时，当当 CCUIPU02 LCCRU221Ci2CiCCLc

11、emPURUU2 可见，输入信号越大，即越大，需要提供的直流电源供给功率PU就越大；反之，输入信号越小，需要提供的直流电压(diny)功率就越小。当输入信号为零时，直流电源不需要提供功率。00min UP时，时，当当 这说明电源供给的直流功率不是恒定不变的，而是根据输入信号大小而变化。因此乙类功放的效率高（与甲类进行比较）。为每管集电极电流的平均值（直流电流）。返回第20页/共57页第二十一页，共57页。22c Uopp 41%cmax5784. 222 LCCoRUP LCCURUP22cmax称为理论极限(jxin)效率。可见，乙类推挽(tu wn)功放的集电极效率与电压利用系数成正比。乙

12、类推挽功率放大器的分析计算时，集电极效率最高当返回退出第21页/共57页第二十二页，共57页。23222 LCCoRUP )(ocPPPU212224 LCCLCCRRUU能否认为输入信号越大 越大），管耗就越大呢？( LCC RUPU22均是对两管而言的管耗也与有关(yugun)。为了保证晶体管安全工作0 ddPComaxomaxcmaxP.PP20222时时， 0 2maxP. PCMoUP21oP21通过管耗的表达式可以画出 和的关系曲线cP乙类推挽功率放大器的分析计算返回退出第22页/共57页第二十三页，共57页。24CC(BR)CEOUU2 处于(chy)截止状态的晶体管的c极和e极

13、之间承受的反压)(CESCCCCuUUCCU2（3）集电极最大允许(ynx)电流指功放管导通时，流过管子(gun zi)的最大电流。LCCLcemCMR/UR/UI(BR)CEOU（2）反向击穿电压结论： 为确保晶体管安全工作，必须同时满足上面的三个条件。 图示的双电源供电的互补推挽功率放大器称为OCL（Output Capacitor Less)电路。时时当当0iu ， 导通， 截止，情况一样。2VT1VT当 ， 导通， 截止，1VT2VT0iu12cemCCCEUUu乙类推挽功率放大器的分析计算返回退出第23页/共57页第二十四页，共57页。25例5-1 一双(y shun)电源互补对称电

14、路如图所示，设已知UCC=12V,RL=16,输入信号为正弦波，求（1）忽略饱和压降时，负载得到的最大输出功率Pomax；(2)每个管子的PCM至少为多少？(3)每个管子的耐压为多少？4.5WWLCComax162122122RUP）（WWomaxcmax90542020.P.PWCM90.PVVCC(BR)CEO241222 UU解：(2) 每管允许(ynx)承受的管耗：故要求管子(gun zi)允许的最大管耗为(3) 每管的耐压为：返回退出第24页/共57页第二十五页，共57页。26例5-2 电路如图所示，电源电压UCC20V，RL8试计算(j sun)当输入信号为正弦信号，且有效值为10

15、V时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给功率和效率。解：时时V10iUVim1414102.U导通时，VT1和VT2均构成(guchng)共集电路，因此,Au1mVimomcem1414.UUU故故输出功率WWLcemo501281414212122.RUP)()(oCCooUCCPUIPPPP2212121每管实际(shj)承受的管耗于于是是而而，LcemcmoRUIIW)W()R(oLCCcemCC0155012814320141422122121.PUUPP返回退出第25页/共57页第二十六页，共57页。27直流电源供给(gngj)的功率：W.)W(Co52220210501221.PP

16、PUWWCCLcemCCo52222081431414222.URUUIPU或或%oc505520141444100.PPU 效效率率 应当指出(zh ch)，由于输入信号偏小，这时电路未处于充分利用或尽限运用，输出功率未达到线性区最大输出功率，故效率偏低。返回(fnhu)退出第26页/共57页第二十七页，共57页。28tUu cosimi设设)cos(n)cos()cos(cmcmcmEnntItItIIi 2211012)cos()cos(I)cos(cmncmcmEnntnIttIIi 221102221.推挽电路(dinl)对偶次谐波的抑制 推挽电路中，若两管的特性完全一致，则其电压、

17、电流(dinli)波形也完全对称。21EELiii)cos()cos(cmcm3311322 tItI可见，对称的电路可以消除偶次谐波成分。返回退出第27页/共57页第二十八页，共57页。29CESCESPCESNuuu理想传输特性(txng)（不考虑门限电压）（1）传输(chun sh)特性 在实际传输特性中，必须考虑三极管发射结的门限电压值。 可以看出，当输入信号的绝对值小于0.7V时，没有输出，因此输出信号会出现明显的失真。 是NPN管的集电极饱和电压CESNU传输特性的斜率为什么为1？乙类推挽功率放大器的非线性失真返回退出第28页/共57页第二十九页，共57页。30Vo/uVo/uVi

18、/uCESCCUU CESCCUU交越失真实际传输(chun sh)特性及输出电压波形如图所示（2）交越失真(sh zhn)交越失真是指发生在信号(xnho)穿越过零点时产生的失真。返回退出第29页/共57页第三十页，共57页。31门限(mnxin)电压原理(yunl)电路（3）消除交越失真的(zhn de)方法改为甲乙类工作状态交越失真 图中，给两个晶体管加入了同样的正偏电压 ，由于此时晶体管的导通时间已大于半个周期，因此此时的工作状态是甲乙类工作状态。但由于其工作状态十分接近于乙类，故仍可按乙类的功放进行分析。2BBU交越失真消除门限电压的影响？给两管给予一定的正向偏置 该图是原理电路，实

19、际上，在集成电路中，正向偏置不会直接采用电压源的方式，可以用电阻、二极管和晶体管等元器件来提供。返回退出第30页/共57页第三十一页，共57页。321132IRUUCEBBE21132CEBBEIRUU实际(shj)电路1实际(shj)电路2：显然，在该电路中，正向偏压是由 和 的正向电压提供。1VD2VD电容 是保证在交流时，加在和 基极的输入信号是相同的。1C2VT3VT 在该电路中， 是放大级， 和 构成互补推挽功放，正向偏压是利用流过 的直流电流 在 上产生的压降提供的。1VT2VT3VT1R1CI1R返回退出第31页/共57页第三十二页，共57页。33212RUIBER)(BEBB2

20、111RRUU32EBBEBBUUU令令2211RIRIURRBB且且)(RBB212RRIU实际(shj)电路3： 恰当选择(xunz)电阻R1、R2，使IB1可以忽略不计，则 调整(tiozhng)R1、R2比值，即可获得某一倍数 UBE 的UBB，因此该电路又称为UBE倍增电路。 在该电路中， 是放大级， 和 、 组成恒压源电路，为 和 提供正向偏压，以消除交越失真。1VT2VT3VT1R4VT2R返回退出第32页/共57页第三十三页，共57页。34使用(shyng)负反馈电路 在功率(gngl)放大器前引入一级电压放大器（在本图中引入了集成运放），并构成电压串联负反馈。 设死区电压为0

21、.7V，则引入负反馈后，死区电压为0.7V/A0。A0为集成(j chn)运放开环增益。R1是用来限制放大器A的输出电流，但同时RL又是靠R1上的电流来驱动的。返回退出第33页/共57页第三十四页，共57页。35乙类工作状态(zhungti)的矛盾互补(h b)推挽功放电路(dinl)结构工作原理电流波形图组合特性曲线性能指标非线性失真工作原理性能指标计算极限参数选择交越失真消除方法乙类推挽功率放大器的非线性失真返回退出第34页/共57页第三十五页，共57页。36 单电源供电的互补(h b)推挽电路 准互补推挽(tu wn)功率放大器集成功放电路丁类音频功率放大器返回退出第35页/共57页第三

22、十六页，共57页。371.原理(yunl)电路 双电源供电的互补推挽电路需要两组正负电源，使用(shyng)不便.0iuCC2U221/UUUCCCEQCEQ 当电容C 的容量很大时，对C 的充放电时间远大于信号的半个周期。因此，当两管轮流导通时，电容两端电压基本不变。两管基极静态电位为返回退出第36页/共57页第三十七页，共57页。382.实际电路(dinl)结构 电路(dinl)中只采用了一组电源供电；VT1是放大级，工作在甲类状态。 VT2和VT3构成互补推挽功放，R4用来消除交越失真，C3用来旁路R4，使加到VT2、VT3的基极的激励信号相等。VT2和VT3的输出通过电容C2和负载相接

23、。返回退出第37页/共57页第三十八页，共57页。39VCCB702./UU3.工作(gngzu)原理调整(tiozhng)VT1的静态工作点，使2/UUCCE 由于C2的容量很大，因此C2充放电的时间常数远大于信号的半个周期，所以两管轮流导通时，电容两端的电压基本不变恒等于UCC/2，相当于直流电源电压，于是对VT2、VT3每管工作时的直流电源电压均为UCC/2。返回退出第38页/共57页第三十九页，共57页。40LCESCCo)(Ru/UP2221LCComaxRUP82CCCC(BR)CEOUUU22LCCCMR/UI24. 性能指标 该电路的性能指标计算等同于OCL电路，只是此时的等效

24、(dn xio)电源电压为UCC/2。 图示的单电源供电(n din)的互补推挽功率放大器称为OTL(Output Transformer Less)电路。返回退出第39页/共57页第四十页，共57页。41复合管类型以第一个晶体管为准；应保证两管的基极电流能流通(litng)； 第一管的c、e不能和第二管的b、e接在一起。 1.复合管 将两只或两只以上的晶体管按照一定的原则(yunz)连接在一起，以实现一定的目的。（1）等效为NPN管（2）等效为PNP管（3）连接原则：返回退出第40页/共57页第四十一页，共57页。422.准互补(h b)推挽电路 VT5作为放大管，工作(gngzu)在甲类工

25、作(gngzu)状态。 VT1、VT3 以复合管的方式构成NPN管。 VT2、VT4 以复合管的方式构成PNP管。 注：VT3和VT4是同型管子，所以不具互补性，互补作用是由VT1和VT2实现的。 Re1和Rc2的作用是为了减小复合管的穿透电流。返回退出第41页/共57页第四十二页，共57页。43集成电路要求(yoqi)、特点与构成 要求(yoqi)：大电容，大电阻，电感外接 二极管用晶体管连接替代 晶体管数目不限 特点：体积小、重量轻、成本低； 外接元减少、调试简单，维护 方便性能优越，可靠性高 构成： 集成功(chnggng)放电路返回(fnhu)退出第42页/共57页第四十三页，共57页

26、。44(1) LM380内部(nib)电路LM380是单电源供电(n din)的集成功放。返回退出第43页/共57页第四十四页，共57页。45(2) LM380外接引(ji yn)脚返回(fnhu)退出第44页/共57页第四十五页，共57页。46MOS管的出现(chxin)和数字技术的发展丁类音频(ynpn)功放提高放大器的效率及系统稳定性等返回退出第45页/共57页第四十六页，共57页。47PWM：脉冲(michng)宽度调制（Pulse Width Modulation)组成(z chn)框图：（1）PWM信号的产生 脉宽调制器将音频模拟信号转换为脉冲宽度正比于其输入信号瞬时幅度的信号丁类

27、音频功率放大器返回退出第46页/共57页第四十七页，共57页。48onLLRRR (2) 开关(kigun)功率放大器 开关(kigun)管VT1和VT2轮流导通，以开关(kigun)方式工作，即工作于可变电阻区和截止区两种状态。工作(gngzu)于可变电阻区：开关管导通电阻 由于在可变电阻区时，流过管子的电流可以很大，但漏源间的电压很小，因此开关管的导通电阻很小，故效率很高。(3) 低通滤波器 只要取样频率足够高，就越容易滤除PWM信号中的谐波分量，恢复出音频信号，但取样频率也不宜过高，应满足maxff7s返回退出第47页/共57页第四十八页，共57页。49单片无需(wx)滤波器的D类音频功

28、率放大器TPA2005D1差分输入(shr)状态丁类音频功率放大器返回退出第48页/共57页第四十九页，共57页。50 功率(gngl)器件功放管的管耗与散热 保护(boh)电路返回退出第49页/共57页第五十页，共57页。511.功率(gngl)MOSFET大功率MOSFET管采用纵向导电沟道(u do)，称为VMOSFET。VVMOS管结构图特点：高耐压（1000V），高工作频率（数百MHZ）返回退出第50页/共57页第五十一页，共57页。522.绝缘(juyun)栅双极型功率管IGBT这是一种(y zhn)将MOS管和双极型晶体管组合而成的功率器件。NMOS复合管的构成及符号PMOS复合管的构成及符号IGBT具有大电流、高电压、低功耗、高输入电阻、小驱动电流等特点。返回退出第51页/共57页第五十二页，共57页。531.集电极功耗(n ho) 与环境温度 的关系cPaT热功率(gngl)：TBARTTP表表示示管管子子的的结结温温。jajcT,RTTPTTRTTPajMCM)(P9 . 0PmaxaCMCTC)()(oCMojMajMaCM2525PTTTTP集电极功耗Pc：管子