1.3乙类功率放大器.pdf

1.3 乙类推挽功率放大器1.3.1 变压器耦合乙类推挽功率放大器一、电路结构特点：上下对称Tr1：输入变压器，保证两管轮流工作；Tr2：输出变压器，实现输出信号合成。二、定性工作原理(设略去 VBE(ON)输入信号正半周时，T1 导通，T2 截止；输入信号负半周时，T2 导通，T1 截止。两个管子轮流工作，一推一拉（挽）所以叫推挽。导通角 180o，叫乙类三、定量性能分析 Q 点：直流负载线1、静态 0CQI直流通路：CEQCCVV2、交流通路 交流负载线 ，为输出变压器变比2LLRn R12wnw3、交流负载线：过 Q 点，斜率为。1LR4、动态分析设：siniimvVt当正半周时，(0)t有1sinCcmiIt1sinCECCcmvVVt同理，负半周时，(2)t2sinCcmiIt 1sinCECCcmvVVt两管叠加后21()sin(02)LCCcmin iinItt VccRLvi1.vviiiioc1c2LLRVcc+-T1T2.Tr1Tr2w1w2w1viCECQVccuii=n(ic2-ic1)iiLC2C1ttttuotvCE1iC1iB1tiC1ttQVccIcmIbmVcmQVcm=Icm*RL1Bi5、定量计算（1）输出功率（上功率就是上功率）LRLRoP22111222cmocmLcmcmLVPIRV IR每管输出功率1112oooPPP引进集电极电压利用系数（或电源电压利用系数），与激励有关，cmCCVVbmI(01)，cmCCVVcmCCcmLLVVIRR则：22222max()11222cmCCCCooLLLVVVPPRRR其中：为理想状态，满激励下的输出功率-最大输出功率。2max2CCoLVPR()cmCCVV（2）直流电源提供功率DP直流电源流出的电流波形如右图Di2max01sin2CCCCDCCDCCcmCCcmCCoLLVVPViVItd tVIVPRR2244当时，无输出时，直流电源不消耗功率。0(0)oP 0DP，当时，DP1maxmaxDDoPPP4（3）集电极效率C2maxmax4ooCDoPPPP4当时，最大效率1max78.5%4CC（4）管耗（每管）22maxmaxmax111)222CDOOOOPPPPPP42集电极耗散功率：（）（）=（IcmtiDPcm axPc与不是单调函数关系，有个极大值。CP令，得0CPdd20.636这时 为集电极最大耗散功率maxmaxmax220.2CCOOPPPP(对比甲类：)maxmax2CDOPPP最大耗散功率时的输出功率：22maxmaxmax2()0.4OOOOPPPP6、安全工作问题(,)maxCCMPPmaxCEBRCEOvV（）maxCCMiI（1）已知电路求三极管2max()2CCCCLoLVVRPR、的。CMBRCEOCMPVI（）、maxmax0.2CMCoPPPmax2BRCEOCECCCCcmVvVVV（）（最大）也可从电路图上看出，当 T2 饱和时，输出变压器初级的下半部分会产生上正下负，大小为的反CCV电动势。在上半部分会产生上正下负，大小为的CCV电压。则 T1 的 C、E 间的电压就为。2CCVmaxCCCMCcmLVIiIR（2）已知三极管的CMBRCEOCMPVI（）、求maxoP(i)max5oCMPP(ii),12ocmcmPVIQ max1 112 24oBRCEOCMBRCEOCMPVIVI（）（）例：已知，变压器耦合乙类推挽，求1,30,0.3CMBRCEOCMPWVVIA（）maxoP2vCE1iC1iB1tiC1ttQVcciIbmQvCm axCEm axIcmVcm，max55oCMPPWmax1130 0.32.2544oBRCEOCMPVIW（）（对比甲类：）max2.25oPWmax0.5oPW这时：，11301522CCBRCEOVVV（）15500.3CCLCMVRI四、交叉（交越）失真问题由于三极管输入特性曲线起始部分是弯曲的，会使输出电压在过零点时出现失真。克服办法：加起始偏置（投影偏置），静态时 T1、T2 就处于微导通，工作于甲乙类。计算时仍可用乙类放大器的公式。1.3.2 无输出变压器乙类推挽功率放大器（OTL 电路）-单电源 （p32）输出变压器作用：（1）阻抗变换，电路匹配；（2）输出波形合成。输出变压器缺点：笨重、频率特性差、不能集成。所以要去掉一、电路如右图，T1、T2 为特性一致的异型管互补对称。T3 为推动管。二、静态：（）0iu 调 改变 改变 改变3BR3BI3CIMV而，也可以改变。一般：0.7MAVVVAV12ACCVV（1）T1、T2 不可能同时导通。如要 T1 导通，则；如要 T2 导通，则，不可能同时成立。MAVVAMVV（2）T1 导通，T2 截止也不可能。对直流是开路的，如 T2 截止，则 T1 的发射极对直流是悬空的，不可能有电流，LCiiuBBEBttuu00ttoiVccuCV ccuRRRLB3C3Lio+-T1T2T3MA所以 T1 不可能导通。（3）同理，T2 导通，T1 截止也不可能。静态时，T1、T2 都截止。点：，。对比变压器耦合时：Q0CQI12CEQCCVVCEQCCVV两端电压也约为。LC12CCV三、定性动态分析（1）的负半周，T1 导通，T2 截止，对充电。iuMuLC很大，工作过程中虽然有充放电，其两端电压还是基本不变，LC保持为。12CCV（2）的正半周，T1 截止，T2 导通，放电，等效为的iuMuLC12CCV 恒压源。T1、T2 都是共 C四、定量动态分析1、交流通路RL2、波形和变压器耦合时不同点：点电压为Q12CCV而变压器耦合时为CCV交流负载线的斜率为，而变压器耦合时为1LR1LRVccA(u )uii=i -iiiLC2C1C2C1ttttuMtuot12iRC1LLT1CVcciC2LLT2CRiC2LT2VccR12vCE1iC1iB1tiC1ttQVccIcmIbmVcmQVcm=Icm*RL123、性能计算（1）最大输出电压振幅、最大输出功率和集电极电压利用系数最大输出电压振幅：(12CCcmVV最大）最大输出功率：22(max1()222CCcmoLLVVPRR最大）集电极电压利用系数12cmCCVV实际输出电压振幅最大输出电压振幅（2）其他性能计算和变压器耦合乙类推挽功率放大器完全一样输出功率：2maxooPP直流电源提供功率：maxDoPP4集电极效率：4oCDPP集电极最大耗散功率：maxmax0.2CoPP五、安全问题(,)maxCCMPPmaxCEBRCEOvV（）maxCCMiI实际的集电极最大耗散功率：maxmax0.2CoPPC、E 间实际承受的最大电压：maxCECCvV（变压器耦合时：）max2CECCvV（也可以从电路图直接看出，当 T2 饱和时，T1 承受的电压最大，为）maxCECCvV实际流过 C 极的最大电流：max(12CCCcmLViIR最大）（也可以从电路图直接看出，当 T1 饱和时，流过 T1 的电流最大，为vCE1iC1iB1tiC1ttQVcciIbmQvCmaxCEmaxIcmVcm12）maxmax1122CCCCCCCLLLVVViiRR六、OTL 改进电路1、克服交叉（交越）失真（p29）（1）在 D1、D2（或 R）上的压降使3CIT1、T2 微导通。C 的作用是使 R 上无交流压降，使输出信号波形上下对称。（2）利用 VBE倍增器 T4、R1、R2 组成 VBE倍增器（恒压器）一般 IB4I1IC4如 IC3I1，I2VR2IB4IC4IC3的变化主要由 IC4来承担，I1基本不变。VCE4I1（R1+R2）基本不变，是恒压源。IB4I1，IB4可略去，242412BERCERVVVRR，叫 VBE倍增器。12442CEBERRVVR2、不是接，而是接 A 点，目的：直流负3BRCCV 反馈，稳定静态工作点3、自举电路（C2、R1、R2）（P34）目的：使输出信号的振幅尽量接近，12CCV 即 A 点的最高点平尽量接近，也就是要让 T1 接近饱和。CCV实际工作时，的负半周使，上的压降，。iu3Bi3Ci3CRMVAV但即使，还有流过，使T1 也不能饱和。改进办法：30Ci1BI3CR11BCVV的上端不是接，而是接。当 A 点电位升高使也一起升高（自举），而3CRCCVBBVBBV且让，这样就可以使 T1 接近饱和。电路中 C2 是大电解电容（自举电容），BBCCVV其两端电压基本不变。D1C3D2uVccRLo+-T1T2T3ARCLC3uVccRLo+-T1T2T3ARCLRCC3uVccRLo+-T1T2T3ARCLT4R1R2I1I2uVccuRRLB3io+-T1T2T3AR1R2C1C2D1D2uCV ccuRRRLB3C3Lio+-T1T2T3MA有的电路，R1 就是 RL，省去 C11.3.3 OCL（无输出电容）电路（双电源）一、电路一般 VEE=-VCC二、静态（即）0iu 0MV（1）T1、T2 不可能同时导通。如 T1 导通，则；如 T2 导通，则，MAVVAMVV不可能同时成立。（2）T1 导通，T2 截止也不可能。如要 T1 导通，则，。但 T1 导通时有电流从上往下流MAVV0MV0AV 过，使，互相矛盾，不可能。LR0AV（3）同理，T2 导通，T1 截止也不可能。静态时，T1、T2 都截止。点：，。同变压器耦合，Q0CQICEQCCVV（对比 OTL：）12CEQCCVV三、定性动态（设的幅度很大，发射结的导通压降略去）iu()BE onV（1）的正半周，T1 导通，T2 截止iuV ccBBLLT1RCRC3V ccVuV ccuRRLB3io+-T1T2T3AR1R2C1C2D1D2MT2uuT1V ccVAoLEEi+-tuiRV ccRLuT1iiC1(-V cc)T2VRLiuT2EEiC2uii=i -iiiLC2C1C2C1ttttuot（2）的负半周，T2 导通，T1 截止iuT1、T2 也是推挽（一推一拉）工作，也都工作在共 C 组态。四、定量动态1、交流通路RL2、动态波形Q 点的电压是，同变压器耦合。CCV3、性能计算（1）最大输出电压幅度：(CCcmVV最大）（2）最大输出功率：222max22omoCCoLLLVVVPRRR（最大）（3）集电极电压利用系数cmCCVV实际输出电压振幅最大输出电压振幅（4）其他性能计算完全同变压器耦合乙类和 OTL。输出功率：2maxooPP直流电源提供功率：maxDoPP4集电极效率：4oCDPP集电极最大耗散功率：maxmax0.2CoPP五、安全问题(,)maxCCMPPmaxCEBRCEOvV（）maxCCMiI实际的集电极最大耗散功率：maxmax0.2CoPPC、E 间实际承受的最大电压：max2CECCvV（OTL：）maxCECCvV实际流过 C 极的最大电流：maxCCCcmLViIRvCE1iC1iB1tiC1ttQVccIcmIbmVcmQVcm=Icm*RLvCE1iC1iB1tiC1ttQVcciIbmQvCm axCEm axIcmVcm（同样的，可以从电路直接看出，当 T2 饱和时，T1 承受的电压最大，为;max()2CECCCCCCvVVV 当 T1 饱和时，流过 T1 的电流最大，为）maxmaxCCCLLViiR六、（过流）保护电路（P33）正常时，在 R1 上的压降，经 R3、R5 分压后不3Ei足以使 T1 导通。当太大（如 RL 短路）时，则3EiT1 导通，被分流，使和不至于太大。起到1i3Bi3Ei保护作用134 桥式功率放大器（BTL 电路）1、问题的提出：对 OCL 电路，当电源电压为时，输出6V信号的振幅为 6V，能不能使输出信号的振幅为 12V 呢？（总电源电压为 6+6=12V）2、BTL 电路工作原理电路由两个 OCL 电路组成，输入信号是两个倒相信号，当 T1 饱和时，T4 同时饱和；同样当 T2 饱和时，T3 同时饱和。这样 RL 两端的最大电压可以到 12VuT2uT1+6V-6Voi+-uot6V-6V0uo+-R+6V-6VLui1tui2tT1T2T3T4uot12V-12V0R1R2R3R4R5R6T1T2T3T4Vcc-V ccRLi1