模拟电路分析：7.第8章-功率放大电路.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,8,章 功率放大电路,概述,甲类功率放大电路,乙类互补推挽功率放大电路,甲乙类互补推挽功率输出级,一、概述,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使,输出信号电压大,；,输出信号电流大,；,放大电路的输出电阻与负载匹配,。,一、概述（续）,电压放大器与功率放大器的区别：,任务不同,电压放大,：不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大级，通常,工作在小信号状态,。,功率放大,：信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常,工作在大信号状态,。,2.,分析方法,电压放大：采用微变等效电路法和图解法,功率放大：图解法,实例,典型的收音机电路,变频,I,c,=0.5mA,I,c,=2mA,I,c,=20mA,E,c,=6V,P,o,=30mW,电源供给的功率：,P,DC,=,E,c,I,c,=120mW,转换效率：,电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。,低放,中放,功放,一、概述（续）,功率放大电路中的一些特殊问题,1.,要求尽可能,大的输出功率,。,管子工作在极限的工作状态。,2.,转换效率,=,负载得到的有用信号功率,P,o,电源供给的直流功率,P,DC,3.,非线性失真要小,在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。,4.,半导体三极管散热的问题,一、概述（续）,导通角：,=,乙类：,导通角：,丙类：,导通角：,2,I,CQ,甲乙类：,导通角：,=2,I,CQ,甲类：,为提高效率和改善失真，三极管可工作在不同的静态工作点，,根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。,常见功放的静态工作状态,一、概述（续）,共射组态甲类功率放大器,电路如图。,二、,甲类功率放大电路,T,1,E,c,U,i,R,L,U,o,I,o,-,E,c,U,ces1,2Ec,U,m,U,m,Ec,T,1,E,c,U,i,R,L,U,o,I,o,-,E,c,输出功率,P,o,:,直流电源提供的功率,P,DC,:,转换效率,：,（最大值）,效率低原因,：,静态电流造成的管耗较大。如果将,Q,下移，使信号等于零时，电源的输出等于零或很小，信号增大时，电源供给的功率增大，这样便可解决效率低的问题。,集电极最大功耗：,根据负载线，可得到以下结果。,U,m,U,m,T,1,-,射极跟随输出级,T,2,-,恒流源偏置电路，可提供,I,CQ,，,并作为,T,1,发射极有源负载电阻,常采用共集组态甲类功率输出级,电路如图。,特点：,A,I,高，输入阻抗高，输出,阻抗低。所以它既具有较大的输出功,率又有很强的带载能力。,二、,甲类功率放大电路,T,1,I,cQ,T,2,E,c,-E,c,U,i,R,L,U,o,R,1,D,1,R,3,I,o,R,2,射级跟随甲类输出级电路,三、乙类互补推挽功率放大电路,（,1,）无输出变压器的功率放大电路，简称,OTL,：,Output,Transfomerless,种类,(,了解）：,（,2,）无输出电容的功率放大电路，简称,OCL,：,Output,Capacitorless,（,3,）桥式推挽功率放大电路，简称,BTL,：,Balanced,Transformerless,OTL,BTL,OCL,三、乙类互补推挽功率放大电路,OCL,互补功率放大电路,组成,由一对,NPN,、,PNP,特性相同的互补三极管组成。这种电路也称为,OCL,互补功率放大电路。,电路工作原理,当,U,i,=0,即静态时，,U,o,=0,。,当,U,i,处于,正半周时,，,T,1,导通，,T,2,截止,流过,R,L,的电流为,i,e1,。,i,e1,i,e2,当,U,i,处于负半周时,，,T,1,截止，,T,2,导通,流过,R,L,的电流为,i,e2,。,由于管子的对称性，,i,e1,=,i,e2,，,在负载上获得完整的正弦波形。,三、乙类互补推挽功率放大电路,电路工作原理,(,续）,当输入信号处于正半周时，且,幅度远大于三极管的开启电压，此,时,NPN,型三极管导电。有电流通过,负载,R,L,，,按图中方向由上到下，与,假设正方向相同。,当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时,PNP,型三极管导电。有电流通过负 载,R,L,，,按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，,在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。,i,e1,i,e2,三、乙类互补推挽功率放大电路,i,c1,u,CE,I,cm1,Q,-i,c2,u,CE,I,cm2,Q,i,e1,i,e2,Q,三、乙类互补推挽功率放大电路,i,e1,i,e2,功率分析,1.,交流输出功率,P,o,输入信号处于正半周时，输出电压的峰值,U,om,=,E,c,-,U,ces1,E,c,输入信号处于负半周时，输出电压的峰值,U,om,=-,E,c,-,U,ces2,-,E,c,2.,电源提供的直流功率,P,DC,每管工作半周的平均电流为：,三、乙类互补推挽功率放大电路,2.,电源提供的直流功率,P,DC,（续）,3.,效率,4.,集电极的最大功耗,P,Cmax,整理得：,可求得,P,C,=,P,Cmax,时的,P,o,，回代后,三、乙类互补推挽功率放大电路,甲类功放,乙类功放,例：,P,o,=1W,甲类：,P,cmax,=4W,大功率管,必须加散热片,体积增大,乙类：,P,cmax,=0.2W,中功率管,0.1W,以下小功率管,乙类互补推挽功放电源与功率管选择,为确保功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：,（,1,）已知,P,omax,与,R,L,，,选择电源,U,CC,（,2,）已知,P,omax,，,选择管子允许的最大功耗,P,CM,三、乙类互补推挽功率放大电路,（,3,）管子的反向击穿电压,BU,CEO,当信号最大时,一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为,U,CC,(,U,CC,)=2,U,CC,（,4,）管子允许的最大集电极电流,I,CM,三、乙类互补推挽功率放大电路,乙类互补推挽功放电源与功率管选择,1,.,乙类互补推挽功率放大器存在问题,当输入信号,U,i,在,0U,be,之间变化时，不足以克服死区电压，三极管不导通。因此在正、负半周交替过零处会出现一些,非线性失真,，这个失真称为,交越失真,。,四、甲乙类互补推挽功率放大电路,四、甲乙类互补推挽功率放大电路,为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。,2,、双电源,甲乙类功率输出级,0.7V,-0.7V,由于推挽管的,对称性,和,大功率,要求，通常,复合管,。,T,1,T,1,T,1,T,1,T,2,T,2,T,2,T,2,NPN,NPN,PNP,PNP,一般有四种复合形式：,复合后分别等效为：,3.,准互补推挽输出级,准互补推挽功率输出,准互补推挽功率输出级概念：,用复合管构成的互补推挽功率输出级称为准互补推挽功率输出级。,T,3,-,共射激励级,电压 放大,;,T,1,T,2,-,推挽功率输出级,;,D,1,D,2,-,提供小偏压，使其工作在甲乙类,;,T,4,T,5,-,输出过载保护电路,4,、单电源互补推挽功率放大电路（,OTL,电路）,动态时，,输出端经外接大电容,C,1,（,几百微法）,。,由于电容,C,1,充放电时间常数远大于信号的半个周期，因此，在,T,1,与,T,2,管轮流导通期间，电容两端电压基本上稳定在,U,CC,/2,。,电容,C,1,既是耦合电容又是储能电容，完成了“辅助电源”的功能。,静态时,，由于,T,1,与,T,2,对称，,R,E1,=,R,E2,，,可使静态电压,U,C1,调整,在等于,E,C,/2,上,。,U,i,-,U,c3,+,T,1,通、,T,2,止，,U,cc,-T,1,I,O1,+,U,O,+,U,o,I,O1,I,O2,U,i,+,U,c3,-,T,2,通、,T,1,止，,C,1,上电压,-T,2,I,O1,-,U,O,-,功率分析可近似用乙类的计算公式，,但应注意公式中的,E,c,应换成,E,c,/2,重 点,功放电路,1.,功放电路与小信号放大器的区别、甲类和乙类功放的特点；,2.,乙类功放电路的主要指标：,Po,Pc,等；,3.,乙类功放存在的失真与解决方法。,第八章 结束,8-3,如图所示电路，已知,Vcc,=12V,，,R,L,=8,，,VT,1,和,VT,2,管的饱和管压降为,0,。,求：电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。,8-4.,已知,，,R,L,=8,，,VT,1,和,VT,2,管的饱和管压降,，,u,i,为正弦波，其有效值为,10V,。,（,1,）求电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。,（,2,）管耗最大时，电路的输出功率和效率各为多少？,8-5,在题图,8-5,所示电路中，已知,VT,1,和,VT,2,的饱和管压降,，输入电压足够大，且当,u,i,=0V,时，,u,o,=0V,。求解：,（,1,）最大不失真输出电压的有效值；,（,2,）负载电阻,R,L,上电流的最大值；,（,3,）最大输出功率,P,om,和效率,；,（,4,）说明电阻,R,2,和二极管,D,1,、,D,2,的作用。,8-6,单电源供电,OTL,电路如图所示，已知,R,L,=8,，要求最大输出功率,P,om,=10W,，,VT,1,和,VT,2,管的饱和管压降为,0,；,当,u,i,为正弦波时试回答：,（,1,）电源电压,V,CC,大于或等于多少；,（,2,）直流电源供给的功率是多少；,（,3,）管子的击穿电压大于或等于多少；,（,4,）转换效率等于多少？,