模电第7章功率放大电路1ppt课件

1、7.1 7.1 功率放大电路的普通问题功率放大电路的普通问题7.2 7.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3 7.3 集胜利率放大电路集胜利率放大电路本章根本教学要求本章根本教学要求熟练掌握功率放大电路的任务原理、最熟练掌握功率放大电路的任务原理、最大输出功率和效率的估算。大输出功率和效率的估算。正确了解非线性失真。正确了解非线性失真。普通了解集胜利率放大电路及其运用。普通了解集胜利率放大电路及其运用。本章重点内容本章重点内容 功率放大电路的特点和功率放大电路的特点和互补推挽功率放大电路的任互补推挽功率放大电路的任务原理以及输出功率的计算务原理以及输出功率的计算。7.1 7.1

2、 功率放大电路的普通问题功率放大电路的普通问题 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。 必需使 ： 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。功率放大电路的特点及主要研讨对象功率放大电路的特点及主要研讨对象1.要求输出功率尽能够大；2.要求效率要高；3.非线性失真要小；4.分析方法用图解法；5.要思索散热措施及过流过压维护措施。一、为了获得大的输出功率，可以1、提高电源电压2、选择大功率管3、改善散热条件 二、功率放大电路提高效率的主要途径二、功率放大电路提高效率的主要途径选择恰当的任务方式：1.甲类放大 输入信号在整个周期内都有电流流过放大器件，ic0，输

3、出不失真，最大效率50%，没有信号时，功率全部耗费在管子上。如电压放大器。图图7.1 甲类放大，在一个周期内甲类放大，在一个周期内iC 02.2.甲乙类放大甲乙类放大 输入信号在大半个周期内有电输入信号在大半个周期内有电 流流过放大器件，输出出现失真，效率增大，流流过放大器件，输出出现失真，效率增大， 由于静态任务点低，所以在没有输入信号时，由于静态任务点低，所以在没有输入信号时， 管子耗费的功率不大。管子耗费的功率不大。图图7.2 乙类放大，在大半个周期内乙类放大，在大半个周期内iC 03.乙类放大 输入信号仅在半个周期内有电流 流过放大器件，输出的半个波形没有了，失真到达最大，但效率到达最

4、高。由于静态时集电极电流为零，所以在没有输入信号时三极管不耗费功率。图图7.3 乙类放大，在半个周期内乙类放大，在半个周期内iC 07.2 7.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1. 电路组成 乙类互补功率放大电路如下图。它由一对NPN、PNP特性一样的互补三极管组成的射极输出器。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。 乙类互补功率放大电路乙类互补功率放大电路2.任务原理任务原理 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，有电流经过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向一样。 当输入信号为负半周时，且幅度当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管

5、的开启电压，此时远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流经过负型三极管导电，有电流经过负 载载RL，按图中方向由上到下。于是两个三，按图中方向由上到下。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮番导极管一个正半周，一个负半周轮番导电，在负载上将正半周和负半周合成电，在负载上将正半周和负半周合成在一同，得到一个完好的不失真波形在一同，得到一个完好的不失真波形。动画动画7-1 严厉说，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。如下图。交越失真交越失真 为处理交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之任务在甲乙

6、类。此时的互补功率放大电路如下图。 (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 甲乙类互补功率放大电路甲乙类互补功率放大电路动画动画7-2甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路BE4221CE4VRRRV VBE4可以为是定值可以为是定值 R1、R2不变时，不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直也是定值，可看作是一个直流电源。流电源。 3.参数计算 1) 最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP 设互补功率放大电路为乙类任务形状，输入为正弦波。忽设互补功

7、率放大电路为乙类任务形状，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：略三极管的饱和压降，负载上的最大不失真功率为： 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。omLomCC0LomCC0omCCCCCCV2)d(sin22)d(sin22=kVRVVttRVVttIVIVP2) 2) 电源功率电源功率PVPV 即即PV Vom 。当。当Vom趋近趋近VCC时时: LCCVRVP 22max3) 三极管的管耗PT 电源输入的直流功率，有一部分经过三极管转换为输出功率，剩余的部分那么耗费在三极管上，构成三极管的管耗。显然 ： L2omLom

8、CCoVT22=RVRVVPPP 将将PT画成曲线，画成曲线，如下图。如下图。乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗 显然，管耗与输出幅度有关，图5.7中画阴影线的部分即代表管耗，PT与Vom成非线性关系，有一个最大值。可用PT对Vom求导的方法找出这个最大值。PTmax发生在Vom=0.64VCC处，将Vom=0.64VCC代入PT表达式，可得PTmax为：omaxomaxomaxL2CC2L2CCL2CCLCCCCL2omLomCCTmax4 . 04 . 08 . 0264. 0256. 22)64. 0(64. 0222=PPPRVRVRVRVVRVRVVPomaxTmax2 .

9、0PP对一只三极管对一只三极管 乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗4) 4) 效率效率 当Vom = VCC 时效率最大: =/4 =78.5。CComomCComomVo422VVIVVIPP4. 大功率三极管的选用原那么大功率三极管的选用原那么 在最大输出功率下，三极管的参数必需满足在最大输出功率下，三极管的参数必需满足以下条件以下条件: : 1 1 每只三极管的最大允许管耗每只三极管的最大允许管耗PCM0.2Pom;PCM0.2Pom; 2) T2 2) T2饱和时，饱和时，VCE20VCE20，此时，此时VCE1VCE1具有最大具有最大值，且等于值，且等于2VCC2VCC。因

10、此，应选用。因此，应选用|V|VBRBRCEO|2VCCCEO|2VCC的管子；的管子； 3 3 经过三极管的最大集电极电流为经过三极管的最大集电极电流为VCC/RLVCC/RL，所选用的三极管似的，所选用的三极管似的ICMICM应大于此值。应大于此值。7.3 7.3 其它类型互补功率放大电路其它类型互补功率放大电路 除了双电源的规范互补功率放大电路外，还有一除了双电源的规范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：些其它类型的互补功率放大电路： 7.3.1 单电源互补功率放大电路单电源互补功率放大电路 7.3.2 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 7.3

11、.3 集胜利率放大器集胜利率放大器 7.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路7.3.1 7.3.1 单电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。为了使负载上为了使负载上仅获得交流信号，用一个仅获得交流信号，用一个电容串联在负载与输出电容串联在负载与输出端之间。这种功率放大电端之间。这种功率放大电路也称为路也称为OTL互补功率放互补功率放大电路。电容器的容量由大电路。电容器的容量由放大电路的下限频率确定。放大电路的下限频率确定。CRfLL21=LL21fRC 单电源单电源OTL 互补功率放大电路互补功

12、率放大电路单电源互补功率放大电路如下图。单电源互补功率放大电路如下图。动画动画7-3采用单电源的互补对称电路采用单电源的互补对称电路采用单电源互补对称功率放大电路采用单电源互补对称功率放大电路动画动画7-3计算各参数时计算各参数时,电源用电源用Vcc/2替代替代 7.3.2 采用复合管的互补功率采用复合管的互补功率放大电路放大电路 当输出功率较大时，往往采用复合管，复当输出功率较大时，往往采用复合管，复合管有四种方式合管有四种方式 复合管的极复合管的极性由前面的一个性由前面的一个三极管决议。由三极管决议。由NPN-NPN或或PNP-PNP复合而成的复合而成的普通称为达林顿普通称为达林顿管。管。

13、 四种类型的复合管四种类型的复合管 采用复合管组成的准互补对称电路采用复合管组成的准互补对称电路采用复合管组成的采用复合管组成的准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路采用复合管组成的单电源准互补对称电路采用复合管组成的单电源准互补对称电路由集成运放作前置级的准互补功放电路由集成运放作前置级的准互补功放电路OCL准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路7.3.3 7.3.3 集胜利率放大器集胜利率放大器 集胜利率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。集胜利放是在集成运算放大器的电压互补输出级后，参与互补功率输出级而构成的。集胜利率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。集胜利

14、放是在集成运算放大器的电压互补输出级后，参与互补功率输出级而构成的。大多数集胜利率放大器实践上也就是一个具有直接耦合特点的运算放大器。它的运用方法原那么上与集成运算放大器一样。大多数集胜利率放大器实践上也就是一个具有直接耦合特点的运算放大器。它的运用方法原那么上与集成运算放大器一样。5G37集胜利率放大电路的内部构造集胜利率放大电路的内部构造 集胜利放运用时不能超越规定的极限参集胜利放运用时不能超越规定的极限参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源电数，极限参数主要有功耗和最大允许电源电压。集胜利放要加有足够大的散热器，保证压。集胜利放要加有足够大的散热器，保证在额定功耗下温度不超越允许值。集胜利放在额定功耗下温度不超越允许值。集胜利放普通允许加上较高的任务电压，但许多集成普通允许加上较高的任务电压，但许多集成功放可以在低电压下任务，适用于无交流供功放可以在低电压下任务，适用于无交流供电的场所，此时集胜利放电源电流较大，非电的场所，此时集胜利放电源电流较大，非线性失真也较大。线性失真也较大。7.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路 BTL互补功率放大电路方框图如图所互补功率放大电路方框图如图所示。它是由两路功率放大电路和反相