第6章-功率输出电路

第六章：功率输出电路内容提要内容提要功率输出电路是指在给定的负载上提供所需功率的放大电路，其主要特点之一是工作于大信号状态称为功率输出电路的原因在于“输出电路”一词可以体现工作于大信号的状态，而“功率”一词可以体现输出信号着眼于“功率”本章着重讲述功率输出电路的特点，包括对功率输出电路的特殊要求，由这些特殊要求决定的器件工作特点，以及为提高工作性能在选择器件工作状态、电路参数和采用电路形式方面的考虑对功率输出电路的要求第一节：功率输出电路的主要问题必须输出大的功率，因而器件的动态运用范围很大应该对外接负载有良好的适应性，其中包括在正常情况下负载变动时，对输出电压或电流稳定性的要求，以及在异常情况下、负载短路或开路时，对器件的安全性要求非线性失真第一节：功率输出电路的主要问题功率输出电路中非线性失真的重要来源：电子器件进入强非线性区若使用简谐波作为放大电路的输入端，则在非线性失真后输出将包括基波及各次谐波变压器中铁心磁化曲线的非线性非线性失真系数：各次谐波的非线性失真系数：多级放大电路失真系数的计算方法器件的安全运用第一节：功率输出电路的主要问题为保证三极管的安全运用，必须做到以下几方面：避免发生集电结的击穿避免集电结过热，集电极的功率损耗应低于最大容许值工作时不应进入二次击穿区若三极管工作于一次击穿的时间不长，则这种现象是可逆的二次击穿会给三极留下永久的损伤集电极功率转换效率第一节：功率输出电路的主要问题集电极功率转换效率：：集电极输出交流功率：输入直流功率电路工作原理(一)第二节：互补放大电路构成互补放大电路为推动级为推动级的集电极负载用于使输出级两管取得正向偏置为何不用电阻？静态时调整上的电压，从而：电路工作原理(二)第二节：互补放大电路动态时，分析可知，由于两管极性不同，当加有同一输入信号时，所产生的电流变化趋势也不同，但都在负载上产生信号加强的效果由于理论上要求两管参数相同，故该电路又称为互补对称电路电路工作原理(三)第二节：互补放大电路大信号下非线性失真的影响因素：器件输入特性的非线性特性电流放大系数的非线性特性左图电路为射极输出电路左图电路为互补输出电路，与单管电路相比具有减小非线性失真的作用电路工作原理(四)第二节：互补放大电路假定信号源为恒压源，且暂时不考虑负反馈的影响由于是射极输出，具有高的输入阻抗，故可不考虑两管基极输入的不对称故互补对称电路可以消除由于器件转移特性非线性造成的不对称失真分析可知输出电流中只有奇次谐波输出功率与负载电阻的关系(一)第二节：互补放大电路假定互补放大电路为恒流源使用图解法来分析计算输出功率分析可知，单管的等效负载电阻值是实际负载电阻值的两倍分析可知，实线所示负载值的输出功率最大最佳负载值：最佳负载的含义：无削波失真，以尽可能高的效率输出指定的功率输出功率与负载电阻的关系(二)第二节：互补放大电路当负载电阻值等于时，输出功率为：移项可得：此时输出功率最大，即集电极功率转换效率最高若负载电阻不可变，则供电电压为：需要注意，以上分析是针对单管而言的。在不考虑器件输入电阻非线性时，应注意在设计时将任务书的指标进行换算后应用即由和联合确定能量关系第二节：互补放大电路在最佳交流负载情况下，有：电源提供给器件的直流功率为：故在无信号时，有理想情况下，在设计功率输出电路时，器件的容许功率损耗应大于两倍最大交流输出功率在输出功率最高时，效率最高：效率与工作状态的关系(一)第二节：互补放大电路在输出功率最高时，效率达到最高但对于语言和音乐信号，信号达到最大值的概率是不大的，而且有相当一部分时间是处于无信号状态，故其集电极转换效率非常低欲提高效率，应从减小在小信号输入时的直流输入功率入手。例如将三极管的静态工作点选在临界截止状态乙类工作状态时的工作波形两管轮流导通会产生交越失真效率与工作状态的关系(二)第二节：互补放大电路甲乙类工作状态：器件多半周导通乙类工作状态：器件半周导通甲类工作状态：器件全周导通应注意采用恒流源激励与恒压源激励的区别单管电路不允许工作于甲乙类或乙类，否则非线性失真过大乙类互补放大电路的分析(一)第二节：互补放大电路假定：输出电路器件静态工作点选在器件输入电压处于临界导通的状态(应和零偏压区别开来)信号源为恒流源分析可知：乙类互补放大电路的分析(二)第二节：互补放大电路乙类工作状态下，电源提供的电流随信号大小而变推导可得：直流输入功率交流输出功率两管总损耗功率因此：对于实际的语言、音乐信号，可按照下式来选择三极管准互补放大电路(一)第三节：其他功率输出电路大功率输出电路中可采用复合管互补电路。在这种电路中，输出采用同一导通特性的管子，互补管则采用驱动输出管的一对小功率的具有相反导通特性的管子，故此种电路称为准互补电路可将准互补放大电路的驱动管和输出管看做一个等效的复合管构成复合管的原则是驱动管向输出管提供偏流相同导通特性的器件复合后仍为原导通特性；不同导通特性的器件复合后的导通特性取决于驱动管准互补放大电路(二)第三节：其他功率输出电路推导可得，图(a)中：图(b)中：单电源供电互补放大电路第三节：其他功率输出电路当采用单极性电源供电时，两管发射极连接点的电压为当电路工作于乙类状态时，电容C成了VT2导通的直流供电电源电容的容量应足够大，且工作频率越低，电容容量越大推导可得当最低工作频率下电容的容抗小于电阻的1/20时，方可保证电容上的电压变化不超过VCC/20，即桥式电路第三节：其他功率输出电路在以上甲类、乙类、甲乙类及单电源供电互补放大电路中，负载上可能得到的输出电压极限值为直流电源电压的一半在理想情况下，负载上可能得到的最大输出电压极限值为，管子截止时所承受的反向电压等于负载上输出电压的极限值桥式互补电路需要一对大小相等、相位相反的激励电压采用桥式互补放大电路可提高直流供电电压的利用率保护电路第三节：其他功率输出电路正常情况下，VT4和