乙类双电源互补对称功率放大电路

1、西藏羊八井温泉乙类双电源互补功率放大电路(OCL)返回1引言 工作在乙类的放大电路 ，虽然管耗小,有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被削掉了。如果用两个管子，使之都工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，而另外一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都能加到负载上，从而在负载上得到一个完整的波形，这样就能解决效率与失真的矛盾。 本页完引言返回2学习要点本 节 学 习 要 点 和 要 求乙类双电源互补对称功率放大电路OCL 乙类OCL的电路特点乙类OCL的工作过程计算乙类OCL的PO、 PT、 PV和选择功放管返回3一、电路的组成和工作过程 静态时电路状态一、电路的组成和工作

2、过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)OCL 为 Output Capacitorless(无输出电容器)的缩写.继续本页完+VCCVCC+ ui uo+RLT1 NPNT2 PNPui=0 分析电路可知：当输入信号为0时,两只管的BE极间电压UBE = 0，均处于截止状态，三极管属于乙类工作性质。0000000000000 静态时Q使管子截止vCEiC OQiB=常数iC O(b)t乙类放大器 静态时Q使管子截止 电路组成如图所示,由一个PNP管和一个NPN管组成.电路的静态分析4 正半周UBE2反偏T2截止+VCCVCC+ ui uo+RLT1 NPNT2 PNP一、电路的组成和工作

3、过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)继续本页完+UBE1正偏T1导通ict0uit0 当输入信号为正半周时, T1管的BE极处于正偏导通, T2 管的BE 极处于反偏而截止，通过T1 的电流iC流经负载, 在RL 上产生一个正半周的输出电压uO , 输出半个波形。uot0单击此进入OCL工作过程演示 输入信号为正半周时5 负半周+VCCVCC+ ui uo+RLT1 NPNT2 PNP一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) 输入信号为负半周时,两管的B极电压比地低。UBE反偏T1截止UBE正偏T2导通uot0继续本页完uit0 通过分析知:输入信号在一个周期内

4、,T1与T2轮流导通和截止,可以输出一个完整的波形。 这种电路称为推挽式电路或称为互补对称电路。 仔细观察电路还可以知道 , 负载RL是接在两管的发射极,与每个管组成一个射随器,所以这个电路没有电压放大作用,但可以输出很大的电流,达到功率放大的效果。单击此进入OCL工作过程演示+6二、电路的分析计算+VCCVCC+ ui uo+RLT1 NPNT2 PNP一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)uot0继续uit0二、电路的分析计算管耗PT电源供给的功率PV效率输出功率PO、POm本页完 由于功率放大器的输出是工作在大信号状态下,所以在分析功率放大器的各种参数时，不能用

5、第三章的微变等效法 ( H 参数等效法 ) 计算 ，只能用通过图解法结合电路分析 的方法确定输出电压、管耗、效率等 的参数. 由于两个管子的极性相反( PNP和NPN ) , 所以其输出特性曲线刚好是相反,又因为两管的Q点相同(均在截止点 ) ，所以两曲线在Q点处相衔接。71、输出功率Po Po的一般式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算继续本页完1、输出功率Po输出功率Po(有效值)的一般式 Po1 2 = U2om RL OiC1uCE1VCCUCESAiB=常数Icm1BQVcem(a)uCEBiC1iC2UCESUCESiB=常数QOOAI

6、cm2IcmIcmUcem2Ucem(b) 输出电压的幅值Uom管耗PT电源供给的功率PV效率输出功率PO、POm输出功率PO、POm输出功率PO、POm输出功率PO、POmUomIom 输出电流的幅值Iom 设输出功率为Po 输出电压有效值为Uo 输出电流有效值为Io输出电压的幅值为Uom Po=UoIo= 22Uom Iom 1 2 = = 22Uom RL Uom U2om RL 8 电路允许输出的最大功率Pom一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)单击此进入OCL工作过程演示二、电路的分析计算继续本页完 由下图可看出, 输出电压的最大范围是如图所示的正弦波的两

7、个幅值2Ucem之间, 超过这两个值则进入饱和区而产生失真。根据这两个值可算出本电路的最大输出功率Pom.OCL 允许输出的最大功率PomOiC1uCE1VCCUCESAiB=常数Icm1BQVcem(a)uCEBiC1iC2UCESUCESiB=常数QOOAIcm2IcmIcmUcem2Ucem(b)管耗PT电源供给的功率PV效率输出功率PO、POm输出功率PO、POmUcemIcm12Ucem2Ucem1、输出功率Po输出功率Po(有效值)的一般式 输出的最大电压幅值Ucem 显然 Uom 越大，输出的功率PO越大，当Uom 为最大值时，输出的功率PO= POm2Ucem Po1 2 =

8、U2om RL 9 推导Pom表达式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)单击此进入OCL工作过程演示二、电路的分析计算继续本页完 根据输出功率的一般式 , 把输出电压的最大值Ucem代替Uom即可 Po1 2 = U2om RL 由图可知,Ucem VCC (电源电压) 所以1 2 Pom V2CC RL Pom1 2 = U2cem RL OiC1uCE1VCCUCESAiB=常数Icm1BQVcem(a)uCEBiC1iC2UCESUCESiB=常数QOOAIcm2IcmIcmUcem2Vcem(b)管耗PT电源供给的功率PV效率输出功率PO、POm输出功率PO

9、、POm输出功率PO、POm2UcemUcemIcm1OCL 允许输出的最大功率Pom1、输出功率Po输出功率Po(有效值)的一般式1 2 Pom V2CC RL 输出的最大电压幅值Ucem 最大功率Pom的几何意义就是这个三角形的面积。 Po1 2 = U2om RL 102.管耗PT 推导PT的表达式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算 所谓管耗 PT 就是损耗在三极管本身的转化为热量的电能,这是无用功。2、管耗PT+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPuOt0继续本页完iOuCE= pp0uCE iC d( t )21PT

10、1管耗PT电源供给的功率PV效率管耗PT管耗PT管耗PT1、输出功率PoiC 设输出为正弦波 uo= Uom simt , 每只管只在半个周期内(0)导通,则在这期间的管耗PT1为= pp0(VCC uO ) d( t )21PT1uORL 把 uO= Uom simt 代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为RLPT1= 1()VCC Uom-U2om4 两只管的总管耗PT为RLPT = 2()VCC Uom-U2om4 思路：管耗PT由流经三极管的iC (iC iO =uO /RL)与三极管ce极电压uCE(=VCC -uO)的乘积决定。但由于uO是变量, 所以 uCE 也是变量，计算管

11、耗PT 要用积分。又因为两只管是对称的 ，管耗一样 ，只需求出一只管的管耗PT1 ，然后乘2即可。11 管耗PT的表达式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算uOt0继续本页完管耗PT电源供给的功率PV效率管耗PT2、管耗PT1、输出功率PoRLPT = 2()VCC Uom-U2om4 设输出为正弦波 uo= Uom simt , 每只管只在半个周期内(0)导通,则在这期间的管耗PT1为= pp0(VCC uO ) d( t )21PT1uORL 把 uO= Uom simt 代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为RLPT1= 1()VCC U

12、om-U2om4 两只管的总管耗PT为RLPT = 2()VCC Uom-U2om4+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPiOuCE= pp0uCE iC d( t )21PT1123.直流电源供给的功率PV(1)PV的一般式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算uOt0继续本页完 电源VCC供给的功率PV , 显然是输出功率Po和管耗PT之和，3、直流电源供给的功率PVPV=Po+PT其中 Po1 2 = U2om RL 解以上三个式子得：(1)PV的一般式电源供给的功率PV效率电源供给的功率PV电源供给的功率PV电源供给的功率

13、PVVCCUomPV = 2p RLRLPT = 2()VCC Uom-U2om4VCCUomPV = 2p RL+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPiOuCE13 过度一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算继续3、直流电源供给的功率PV(1)PV的一般式电源供给的功率PV效率电源供给的功率PV电源供给的功率PV电源供给的功率PVVCCUomPV = 2p RL+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPiOuCEuOt014(2)PVm的表达式一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电

14、路的分析计算继续本页完3、直流电源供给的功率PV(1)PV的一般式电源供给的功率PV效率电源供给的功率PV电源供给的功率PV电源供给的功率PV(2)PV的最大值PvmV2CCPVm= 2p RL 上式中PV 与Uom 是一次函数关系，所以当输出电压幅值达到最大时,即 Uom=Ucem VCC时 代入上式得电源供给的最大功率PVm为参考最大输出功率一节V2CCPVm= 2p RLVCCUomPV = 2p RL+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPiOuCEuOt0154.效率一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算继续本页完 效率的

15、定义为有用功与总功之比, 本电路显然是输出功率Po与电源供给功率PV之比。 Uom=Ucem VCC 时 代入上式得输出最大功率Pom时的效率为4、效率 = PoPV当输出电压幅值达到最大时,即m = 4p 这也是本电路的最大效率。一般效率4pUomVCC =最大效率 m= p/4PV=UVRL2omCC Po1 2 = U2om RL 效率效率效率效率3、直流电源供给的功率PV2 U2om RL 2VCCUompRL = = =PoPV4pUomVCC一般情况下的效率为+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPiOuCEuOt0 由式可得 , 输出电压的幅度Uom越大,效率越

16、高 , 输出电压幅度Uom越小,效率越低。16三.功率管BJT的选择1.最大管耗与最大输出功率的关系一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算三、功率管BJT的选择继续本页完首先确定令管耗PT1为最大的条件 1.最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系最大管耗PT1m 根据电路的输出功率，利用以下关系挑选合适管耗的三极管。 解得Uom=2VCC / 0.6VCC 管耗 PT1 与输出电压幅值 Uom的一般关系式 对上式求导数并令为0 PT1= 1RL ( VCCUom2)= 0 PT1m= 2VCC2RL PT1m= 12VCC2RL因为电路的最大输出

17、功率Pom为Pom =V 2CC / 2RL PT1m= 22Pom 0.2Pom PT1m 0.2Pom管耗与输出的关系最大允许管耗PCM管的最大UceBJT的最大ICM管耗与输出的关系管耗与输出的关系管耗与输出的关系RLPT1= 1()VCC Uom-U2om4 PT1 随Uom 的变化是二次函数关系,由其性质可知,存在一个极大值PT1m 。把Uom= 2VCC /0.6VCC 代入可求出PT1 的最大值。+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPuOt0iOuCE 由分析知 ：若确定了电路的最大输出功率后 ,可挑选管耗符合上式的三极管使用 。例如某一电路设计时要有 10W

18、 的最大输出功率,那么在挑选三极管时,其允许的最大的管耗PCM必须要大于等于2W,这样在工作时三极管才不会烧毁。17iOuCE+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNP2.功率BJT的选择(1)每只管的最大允许管耗PCM必须大于 PT1m 0.2Pom (2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|V(BR)CEO|2VCC;一、电路的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算三、功率管BJT的选择 在选择三极管(BJT)时 , 为了保证三极管的工作安全,一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数。 (1)每只管的最大允许管耗PCM必

19、须大于 PT1m 0.2Pom; (2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC; 2.功率BJT的选择 考虑到当某只管导通时,另一只管CE间所承担的电压为2VCC,所以每只管的CE极最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC;+VCC+VCC2VCC 三极管导通VCC直接加到T2管继续本页完uce 0 +VCC+VCC最大允许管耗PCM管的最大UceBJT的最大ICM最大允许管耗PCM最大允许管耗PCM最大允许管耗PCM管的最大Uce管的最大Uce管的最大Uce 1.最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系uOt018OCLBJT的最大集电极电流ICM一、电路

20、的组成和工作过程乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)二、电路的分析计算三、功率管BJT的选择iovce 如左图所示情形就是实际工作中通过BJT的最大集电极电流(icm iom) ,所以有icm iom= VCC / RL 所以 BJT允许的最大集电极电流ICM应有ICMicm=VCC / RL否则当 BJT工作在最大集电极电流icm状态下较长时间时,BJT会烧毁。 (3) BJT的最大集电极电流ICMICMicm=VCC / RL 继续本页完vce 0 +VCCBJT的最大ICMBJT的最大ICMBJT的最大ICMBJT的最大ICM 2.功率BJT的选择 1.最大管耗PT1m和最大输出功率

21、Pom的关系 在选择三极管(BJT)时 , 为了保证三极管的工作安全,一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数。 (1)每只管的最大允许管耗PCM必须大于 PT1m 0.2Pom; (2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC;+VCCVCC+ ui uO+RLT1 NPNT2 PNPuOt019OCL电路分析计算公式一览表OCL电路分析计算公式一览乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)继续输出功率Po(有效值) Po1 2 = U2om RL 1 2 Pom V2CC RL BJT的管耗PT PT1m 0.2Pom电源供给的功率电源的效率本页完O

22、CL电路的特点1、OCL是射随器； 2、OCL 本身没有电压放大作用 ( 电压 放大由前一级放大电路完成,前级电压放大电路一般称为前置级 ），主要用作电流放大； 3、OCL 推挽输出级要使用两只极性不同的管子搭配。 单击例题,进入例题5.2.1;单击返回,返回封面;单击结束,结束学习。例题返回结束RLPT = 2()VCC Uom-U2om4VCCUomPV = 2p RLV2CCPVm= 2p RL4pUomVCC = m= p/4 注意：以上各式中的Uom均是输出正弦波电压中的振幅。20例5.2.1求管子参数一、功率放大电路的特点及主要研究对象 例 功放电路如图所示,管的极限参数为 ICM

23、=2A , |U(BR)CEO|=30V,PCM=5W,设VCC=12V,RL=8。试求(1)最大输出功率Pom值 ,并检验所给BJT是否能安全工作？(2)放大电路在=0.6时的输出功率PO值。解:(1)利用求最大输出功率的公式得检验所选三极管是否合适本电路+VCCVCC+ ui uo+RLT1 NPNT2 PNPPom 1 2 V2CC RL = =9(W)1 2 122 8 而本电路工作时最大的集电极电流icm 因为要有ICM =2Aicmicm iom= VCC / RL = 12 / 8 =1.5 (A)有ICM=2A icm =1.5 (A) 本参数符合要求 又因为BJT的 |U(BR)CEO|=30V2VCC=212V=24V 本参数亦符合电路要求对于管耗应符合PCM PT1m 0.2Pom;而 PT1m 0.2Pom=0.29=1.8(W)PCM=5W PT1m=1.8W 符合要求Pom 1