模拟电子技术基础课件

1、模拟电子技术基础课件 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第十七讲第十七讲 模拟电子技术基础课件 17.1 概述概述 17.2 乙类互补功率放大电路乙类互补功率放大电路 17.3 其它类型互补功率放大电路其它类型互补功率放大电路 模拟电子技术基础课件 17.1 概述 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的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压大； 输出信号电流大输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配放大电路的输出电阻与负载匹配。 电压放大器一般工作在甲类，三极管电压放大器一般工作

2、在甲类，三极管360导导 电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的 效率不高，理论上不超过效率不高，理论上不超过25%。 模拟电子技术基础课件 功率放大电路必须考虑效率问题。为功率放大电路必须考虑效率问题。为 了降低静态时的工作电流，三极管从甲类了降低静态时的工作电流，三极管从甲类 工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此 时虽降低了静态工作电流，但又产生了失时虽降低了静态工作电流，但又产生了失 真问题。如果不能解决乙类状态下的失真真问题。如果不能解决乙类状态下的失真 问题，乙类工作状态在功率放大电路中就问题，乙类工作

3、状态在功率放大电路中就 不能采用。推挽电路和互补对称电路较好不能采用。推挽电路和互补对称电路较好 地解决了乙类工作状态下的失真问题。地解决了乙类工作状态下的失真问题。 模拟电子技术基础课件 17.2 乙类互补功率放大电路 17.2.1 17.2.1 三极管的工作状态三极管的工作状态 17.2.2 17.2.2 乙类互补功率放大电路乙类互补功率放大电路 的工作原理的工作原理 模拟电子技术基础课件 17.2.1 三极管的工作状态 三极管根据导通时间可分为如下四个三极管根据导通时间可分为如下四个 状态，如图状态，如图17.01所示。所示。 甲类甲类-三极管三极管360导电；导电； 甲乙类甲乙类-三极

4、管三极管180360导电导电 乙类乙类-三极管三极管180导电导电 丙类丙类-三极管三极管180导电导电 模拟电子技术基础课件 图17.01 三极管的四种工作状态 乙类180导电 丙类180导电 甲乙类180360导电甲类360导电 模拟电子技术基础课件 17.2.2 乙类互补功率放大乙类互补功率放大 电路的工作原理电路的工作原理 （1）电路组成）电路组成 乙类互补功率放大电路如图乙类互补功率放大电路如图17.02所示。它由所示。它由 一对一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。这特性相同的互补三极管组成。这 种电路也称为种电路也称为OCL互补功率放大电路。互补功率放大电路。 图图17.0

5、2 乙类互补功率放大电路及波形乙类互补功率放大电路及波形 模拟电子技术基础课件 （2）工作原理）工作原理 当输入信号处于正半周时，且幅度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，此时远大于三极管的开启电压，此时NPN型型 三极管导电，有电流通过负载三极管导电，有电流通过负载RL，按图，按图 中方向由上到下，与假设正方向相同。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，此时大于三极管的开启电压，此时PNP型三型三 极管导电，有电流通过负极管导电，有电流通过负 载载RL，按图，按图 中方向由下到上，与假设正方

6、向相反。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，一个负半于是两个三极管一个正半周，一个负半 周轮流导电，周轮流导电，在负载上将正半周和负半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周合成在一起，得到一个完整的不失真 波形。波形。 动画17-1 模拟电子技术基础课件 严格说，输入信号很小时，达不到三极管严格说，输入信号很小时，达不到三极管 的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半 周交替过零处会出现一些周交替过零处会出现一些非线性失真非线性失真，这个失，这个失 真称为真称为交越失真交越失真。如图。如图17.03所示。所

7、示。 图17.03 交越失真 动画17-2动画17-3 模拟电子技术基础课件 为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏 置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电 路如图路如图17.04所示。所示。 (a)利用二极管提供偏置电压利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置利用三极管恒压源提供偏置 图图17.04 甲乙类互补功率放大电路甲乙类互补功率放大电路 模拟电子技术基础课件 （3）参数计算 1最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pomax 设互补功率放大电路为乙类工作状态，设互补功率放大电路为乙类工作状

8、态， 输入为正弦波。忽略三极管的饱和压降，输入为正弦波。忽略三极管的饱和压降， 负载上的最大不失真功率为负载上的最大不失真功率为 L 2 CC L 2 CESCC L 2 CESCC omax 22 )( ) 2 ( = R V R VV R VV P 模拟电子技术基础课件 直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功 率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。直率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。直 流电源功率流电源功率PV 的表达式推导如下的表达式推导如下 om L omCC 0 L om CC 0 omCCCCCCV 2 )d(sin 2 2 )d(si

9、n 2 2 = kV R VV tt R V V ttIVIVP 2 2电源功率电源功率PV 即即PV Vom 。当。当Vom趋近趋近VCC时，显然时，显然PV 近近 似与电源电压的平方成比例。似与电源电压的平方成比例。 模拟电子技术基础课件 3 3三极管的管耗三极管的管耗P PT T 电源输入的直流功率，有一部分通过三极电源输入的直流功率，有一部分通过三极 管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极 管上，形成三极管的管耗。显然管上，形成三极管的管耗。显然 L 2 om L omCC oVT 2 2 = R V R VV PPP 将将PT画成曲线，画成曲

10、线， 如图如图17.05所示。所示。 图17.05 乙类互补功放电路的管耗 模拟电子技术基础课件 显然，管耗与输出电压幅度有关，图显然，管耗与输出电压幅度有关，图17.05中画阴影中画阴影 线的部分即代表管耗，线的部分即代表管耗，PT与与Vom成非线性关系，有一个最成非线性关系，有一个最 大值。用大值。用PT对对Vom求导的办法找出这个最大值。求导的办法找出这个最大值。PTmax发生发生 在在 处，将处，将Vom=0.64VCC代入代入PT表达表达 式，可得式，可得PTmax为：为： omaxomaxomax L 2 CC 2 L 2 CC L 2 CC L CCCC L 2 om L omC

11、C Tmax 4 . 04 . 08 . 0 2 64. 0 2 56. 2 2 )64. 0( 64. 02 2 2 = PPP R V R V R V R VV R V R VV P omaxTmax 2 .0PP对一只三极管对一只三极管 图图17.05 乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗 ccccom VVv64.0 2 模拟电子技术基础课件 4 4效率效率 当当Vom = VCC 时效率最大，时效率最大，=/4 =78.5=/4 =78.5。 CC omomCComom V o 4 2 2V VIVVI P P 模拟电子技术基础课件 (4) 大功率三极管输出特性曲线的分区大功

12、率三极管输出特性曲线的分区 在大功率三极管的输出特性中，除了与普通在大功率三极管的输出特性中，除了与普通 三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从 使用和安全角度还分有使用和安全角度还分有 过电流区过电流区 过电压区过电压区 过损耗区过损耗区 它们的位置如它们的位置如 图图17.0617.06所示。所示。 图17.06 三极管的极限工作区 过电流区是由最大允许集电极电流过电流区是由最大允许集电极电流 确定的，超过此值，确定的，超过此值，将明显下降。将明显下降。 过电压区由过电压区由c、e间的击穿电压间的击穿电压 V(BR)CEO所决定。所决定。 过损

13、耗区由集电极功耗过损耗区由集电极功耗PCm所决定。所决定。 模拟电子技术基础课件 17.3其它类型互补功率放大电路 除了双电源的标准互补功率放大电路外，除了双电源的标准互补功率放大电路外， 还有一些其它类型的互补功率放大电路。还有一些其它类型的互补功率放大电路。 17.3.1 单电源互补功率放大电路单电源互补功率放大电路 17.3.2 采用复合管的互补功率放大电路采用复合管的互补功率放大电路 17.3.3 集成功率放大器集成功率放大器 17.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路 17.3.5 双通道功率放大电路双通道功率放大电路 模拟电子技术基础课件 17.3.1 17.3.1 单电

14、源互补功率放大电路单电源互补功率放大电路 当电路对称时，输出端的静态电位等于当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC /2。 为了使负载上仅获得交流信为了使负载上仅获得交流信 号，用一个电容器串联在负号，用一个电容器串联在负 载与输出端之间。这种功率载与输出端之间。这种功率 放大电路也称为放大电路也称为 OTL 互补互补 功率放大电路。电容器的容功率放大电路。电容器的容 量由放大电路的下限频率确量由放大电路的下限频率确 定，即定，即： CR f L L 2 1 = LL 2 1 fR C 图17.07单电源OTL互补 功率放大电路 单电源互补功率放大电路如图单电源互补功率放大电路如图17.07

15、所示。所示。 动画17-4 模拟电子技术基础课件 17.3.2 17.3.2 采用复合管的互补功率放大电路采用复合管的互补功率放大电路 当输出功率较大时，输出级的推动级，即当输出功率较大时，输出级的推动级，即 末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采 用复合管，复合管有四种形式，见图用复合管，复合管有四种形式，见图17.08。 复合管的极性复合管的极性 由前面的一个三极由前面的一个三极 管决定。由管决定。由NPN- NPN或或PNP-PNP复复 合而成的一般称为合而成的一般称为 达林顿管。达林顿管。图图17.08 四种类型的复合管四种类型的复合管 模拟电

16、子技术基础课件 17.3.3 集成功率放大器 集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电 机的驱动方面。集成功放是在集成运算放大器的机的驱动方面。集成功放是在集成运算放大器的 电压互补输出级后，加入互补功率输出级而构成电压互补输出级后，加入互补功率输出级而构成 的。大多数集成功率放大器实际上也就是一个具的。大多数集成功率放大器实际上也就是一个具 有直接耦合特点的运算放大器。它的使用方法原有直接耦合特点的运算放大器。它的使用方法原 则上与集成运算放大器相同。则上与集成运算放大器相同。 模拟电子技术基础课件 集成功放使用时不能超过规定的极限集成功放使用时不能超过规

17、定的极限 参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源 电压。集成功放要加有足够大的散热器，保电压。集成功放要加有足够大的散热器，保 证在额定功耗下温度不超过允许值。集成功证在额定功耗下温度不超过允许值。集成功 放一般允许加上较高的工作电压，但许多集放一般允许加上较高的工作电压，但许多集 成功放可以在低电压下工作，适用于无交流成功放可以在低电压下工作，适用于无交流 供电的场合，此时集成功放电源电流较大，供电的场合，此时集成功放电源电流较大， 非线性失真也较大。非线性失真也较大。 模拟电子技术基础课件 17.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路 BTL互

18、补功率放大电路方框图如图互补功率放大电路方框图如图17.09所示。所示。 它是由两路功率放大电路和反相比例电路组合而成，它是由两路功率放大电路和反相比例电路组合而成， 负载接在两输出端之间。两路功率放大电路的输入负载接在两输出端之间。两路功率放大电路的输入 信号是反相的，所以负载一端的电位升高时，另一信号是反相的，所以负载一端的电位升高时，另一 端则降低，因此端则降低，因此 负载上获得的信负载上获得的信 号电压要增加一号电压要增加一 倍。倍。 BTL放大电放大电 路输出功率较大，路输出功率较大， 负载可以不接地。负载可以不接地。 图图17.09 BTL互补功放电路方框图互补功放电路方框图 模拟电子技术基础课件 17.3.5 双通道功率放大电路双通道功率放大电路 双通道