功率放大电路(模拟电子技术)课件

1、18 功率放大电路8.1 功率放大电路的一般问题8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路8.4 甲乙类互补对称功率放大电路*8.5 集成功率放大器（自学）8.2 射极输出器甲类放大的实例2学习重点 掌握功率放大电路的分析方法 掌握功率放大电路输出功率和效率的计算方法 理解交越失真产生的原因和克服失真的方法31、一般放大器的内部结构框图输入输出输入级(差分放大器)中间级(电压放大器)输出级(功率放大器)偏置电路功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。应用1扩音系统执行机构功率放大电压放大信号提取4应用2：温度控制R1-R3:标准电阻V

2、a : 基准电压Rt : 热敏电阻(负）A：电压放大器 温度调节过程voTVbRt室温TVO1VOR1aR2Vcc+R3Rt 功 放b温控室A+-vo1加热元件58.1 功率放大电路的一般问题2. 功率放大电路提高效率的主要途径1. 功率放大电路的特点及主要研究对象61. 功率放大电路的特点及主要研究对象(1) 功率放大电路 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带载能力要强。# 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？ 没有，都是能量转换。7工作原理相同：都是利用晶体管的正向受控作用将直

3、流电源提供的直流能量转变为有用的输出交流能量。性能要求不同:小信号激励下不失真的地放大信号，且具有足够大的增益、宽的通频带和合适的输入、输出阻抗。功率放大器小信号放大器安全高效的输出失真在允许范围内的所需功率。为了获得大的信号功率，放大管就必须大信号运用，包括大的动态电压和大的动态电流，并往往接近管子的极限运用。 小信号放大器和功率放大器比较:目的求输出功率Po,效率 ,管耗PT等。目的求输出增益Av,输入电阻Ri和输出电阻Ro等。8（2）功率放大电路要解决的问题： 要求输出功率尽可能大：输出信号电压和电流大，使放大管工作在极限状态，因此必须保证放大管的安全工作。 要求效率高：效率负载得到的有

4、用信号功率与电源提供的直流功率之比交流输出功率直流电源功率=100%=POPE100%要求非线性失真小：由于功率放大电路是大信号运用，接近晶体管的截止区和饱和区，容易产生非线性失真。输出功率与非线性失真是功率放大电路的一对主要矛盾。功放管的散热:有相当大的功率消耗在管子上，引起温升9由于功放中管子工作在大信号状态, 故不能采用小信号法分析动态,只能画交流通路,采用图解法分析动态。（3）功率放大电路的分析方法：（4）功率放大电路的分类根据三极管正弦输入信号整个周期内的导通情况，可分为四个工作状态：1.甲类工作状态2.乙类工作状态3.甲乙类工作状态4.丙类工作状态10定义：是指晶体管在输入信号的整

5、个周期都导通, 都有电流流过三极管的工作方式。1.甲类工作状态特点特点：导通角=360 , 波形好。电源始终不断输送功率，在没有交流信号输入时，没有信号输 出功率，由于IC的存在，电源提供的功率全部消耗在晶体管 上，并转化为热量散发出去；管耗大效率低。通常利用将Q点 下移 的方式解决当有信号输入时，其中有一部分转化为有用的信号输出功率。 甲类放大的效率不高，理论上不超过50%。电压放大器一般工作在甲类。112.乙类工作状态特点定义：是指晶体管在输入信号的整个周期中，晶体管只工作半个周期的工作方式。特点：三极管180导电。为了降低静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙 类工作状态。一周期内

6、只有半个周期iC0。没有输入信号时，信号输出功率 为零，电源供给的功率为零，管耗为零。信号增大，电源供给的 功率增大，输出功率增大。输出出现了严重的失真。123.甲乙类工作状态特点定义：是指晶体管在输入信号的整个周期中，晶体管的工作时间小于一个周期但大于半个周期的工作方式。特点：采用略微提高工作点较好地解决了乙类工作状态下的交越失真问题。180o导通角 0VT1导通，T2截止iL= ic1 , vo=ic1RLvi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=-ic2; vo=-ic2RL2. 工作原理+NNPPPN-(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期 ； (

7、3) 存在交越失真。 乙类放大的特点：26交越失真 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。输入信号幅度越小失真越明显。278.3.2 分析计算图解分析vCE=VCC直流负载线 ic的最大变化范围是2Icm vCE的最大变化范围是2(VCC-VCES)=2Vcem281. 最大不失真输出功率Pom设输入为正弦波，输出功率Po为输出电压有效值和输出电流有效值的乘积。 实际输出功率Po:负载上的最大不失真功率为：292.管耗PT 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

8、上，形成三极管的管耗。两管管耗单个管子在半个周期内的管耗令303. 电源供给的功率PV 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。当4. 效率当318.3.3 功率BJT的选择每只BJT的最大允许管耗PT和POM之间的关系？，则此公式常用来作为乙类互补对称电路选择功率管的依据。如果要求输出功率为10W，则只要用两个额定管耗大于2W的管子就ok 选管依据之一32若想得到最大输出功率 ，必须满足下列条件： 每只功放管最大允许管耗 集、 射之间反向击穿电压 功放管最大允许集电极电流 8.3.3 功率BJT的选择33例如图所示为乙类功放电路，已知： ， 求电源供给的

9、最大功率并选择功放管参数。 解： 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路348.4 甲乙类互补对称功率放大电路8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路35乙类互补对称电路存在的问题8.4 甲乙类互补对称功率放大电路消除交越失真的措施：采用甲乙类互补对称功放,使Q点刚刚脱离截止区。开启电压QQ361、克服交越失真的具体措施： 乙类电路中增加 Re3、D1、D2、Rc3 、T3支路。8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路+VCC-VCCviiLRLT1T2Re3D1D2RC3T3ic1ic1交流相当于短路 二极管等效为恒压模型电路整体为OCL371、工作原理：+VCC

10、-VCCiLRLT1T2Re3D1D2RC3T3ic1ic1 T3组成前置放大级，给功放级提 供足够的偏置电流。上述偏置方法的缺点：偏置电压不 易调整，改进方法可采用VBE扩展 电路。 静态时D1、D2为T1、T2提供一个适当 的偏压(1.4V)，使T1、T2微导通. T1、 T2工作在甲乙类。这样，即使vi很小， 也可线性地进行放大。 388.4.1 甲乙类双电源互补对称电路VBE4可认为是定值R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。调节R1、R2的比值，可以改变偏压值。 甲乙类双电源互补对称功率放大电路功率输出部分的计算与乙类双电源互补对称功率放大电路的计算相同。利用vB

11、E扩大电路偏置在下图所示电路中，已知T1和T2的饱和管压降VCES=3V,输入电压足够大，RL=16 ,且当vi=0时，vo也应为0,求解：(1)、最大不失真输出电压的有效值Vom；(2)、最大输出功率Pom,效率；(3)、说明二极管D1和D2的作用以及该电路的缺点是什么？ （10分）解 (1)、最大不失真输出电压的有效值Uom （2分）(2)、最大输出功率Pom,效率 （2分） （2分）(3)、说明二极管D1和D2的作用以及该电路的缺点是什么？作用：二极管D1和D2的作用为三极管T1和T2提供一定的静态偏置，克服交越失真 （2分） （2分）缺点：该电路的缺点是其偏置电压不易调整408.4.2

12、 甲乙类单电源互补对称电路单电源互补功率放大电路计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。 当有信号vi时， vi经过T3发生反相负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。只要满足RLC T信，电容C就可充当原来的VCC。vi=0时，由于电路对称，从而使K点点位OTL411功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。与甲类功率放大

13、电路相比，乙类互补对称功率放大电路的主要优点是效率高，在理想情况下，其最大效率约为78.5%。 3互补对称功率放大器的几种主要结构： OCL（双电源）乙类,甲乙类。 OTL（单电源）乙类,甲乙类。 本章小结424. 为保证BJT安全工作，双电源互补对称电路工作在乙类 时，器件的极限参数必须满足： PCMPT1m0.2 Pom， |V(BR)CEO|2VCC， ICMVCC/RL。 5. 由于BJT输入特性存在死区电压，工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真，克服交越失真的方法是采用甲乙类(接近乙类)互补对称电路。通常可利用二极管或VBE扩大电路进行偏置。 6. 在单电源互补对称电路中，计算输出

14、功率、效率、管耗和电源供给的功率，可借用双电源互补对称电路的计算公式，但要用VCC/2代替原公式中的VCC。 43若图所示电路中晶体管饱和管压降的数值为UCES，则最大输出功率POM 。 ABC选择：C44已知电路如图所示，T1和T2管的饱和管压降UCES3V，VCC15V， RL8，选择正确答案填入空内。（1）电路中D1和D2管的作用是消除 。 A饱和失真 B截止失真 C交越失真（2）静态时，晶体管发射极电位UEQ 。 A0V B0V C0V（3）最大输出功率POM 。 A28W B18W C9W（4）当输入为正弦波时，若R1虚焊，即开路，则输出电压 。 A为正弦波 B仅有正半波 C仅有负半

15、波 （5）若D1虚焊，则T1管 。 A可能因功耗过大烧坏 B始终饱和 C始终截止选择填空：cccBA45综合题：在图所示电路中，已知VCC15V，T1和T2管的饱和管压降UCES1V，集成运放的最大输出电压幅值为13V，二极管的导通电压为0.7V。（1）若输入电压幅值足够大，则电路的最大输出功率为多少? (2）为了提高输入电阻，稳定输出电压，且减小非线性失真，应引入哪种组态的交流负反馈？画出图来。（3）若Ui0.1V时，Uo5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？ 46解：（1）输出电压幅值和最大输出功率分别为 （3）若Ui0.1V时，Uo5V，则反馈网络中电阻的取值约为多少？ R11 k，所以Rf 49 k。（2）为了提高输入电阻，稳定输出电压，且减小非线性失真，应引入哪种组态的交流负反馈？画出图来。应引入电压串联负反馈在同相比例放大电路中，电压放大倍数为47功率放大电路提问 1. 功率放大电路的主要特点和要解决的主要问题是什么？ 2. 哪种组态的放大电路作为功率放大电路较合适？为什么？ 3. 提高功率放大电路效率的思路是什么？ 4. 单从效率的角度来考虑，哪种工作方式的功放效率最高？ 5. 乙类工作方式存在的突出矛盾是什