模块31功率放大器测试

模块31功率放大器测试第一页，共42页。一般电子设备的示意方框图功率放大级前置放大级(多级)放大部分扬声器电动机继电器负载～信号源功率放大级读一读——功率放大器的特点及类型第二页，共42页。读一读——功率放大器的特点及类型前面项目中介绍的放大器均具有功率放大的作用，但他们属于小信号放大，输出功率很低，主要要求对输出电压或电流幅度进行足够的放大，所以称为电压放大器或电流放大器。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。功率放大器属于大信号电路，既有较大的输出电压，也有较大的输出电流，其负载阻抗一般相对较小。一般直接驱动负载，带载能力要强。第三页，共42页。一、功率放大器的特点1、要求输出功率(Outputpower)尽可能大Po=UI功率放大器的主要要求之一就是输出功率要大。因此管子往往在接近极限运用状态下工作。2、效率(Efficieny)要高(省电)功率放大器的效率是指负载上得到的交流信号功率PO与电源供给的直流功率PV之比PU=PO+PVT（管耗）第四页，共42页。3、非线性失真（non-lineardistortion)THD要小

功率放大器是在大信号状态下工作:电压、电流的幅度都很大，极易超出管子线性动态范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真。截止失真、饱和失真4、BJT的散热问题(保证管子工作安全)

由于功率放大器的电压、电流使得功率管自身功耗加大，导致发热量也加大。所以散热问题必须引起重视。第五页，共42页。按电路形式可分为:OTL功率放大电路（无输出变压器电路）OCL功率放大电路（无输出电容电路）BTL功率放大电路（平衡式无输出变压器电路）采用一组电源供电，末级输出端对地直流电位约为0.5Ucc，故末级输出与负载之间必须有一个大电容（隔直耦合)，会使频率特性变差。采用正负电源供电，末级输出端可直接连接负载，频率响应宽，保真度高。由两组OTL或OCL组成，负载接在两组功放的输出端之间，输出功率可达到OTL或OCL电路的2~3倍，保真度好。二、功率放大器的类型第六页，共42页。按电路器件可分为:分立元件功率放大电路集成和厚膜功率放大电路分立元件与集成电路混合放大电路电路由分立元件构成，所用元件较多，电路设计严格，对称性强，对元件要求严格以集成和厚膜(指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到数十微米的膜层)电路为核心，配以较少外围元件。成本低、安装调试方便、整机易商品化、保真高、音质好第七页，共42页。按末级功率管的静态工作点可分为:甲（A）类功率放大电路乙（B）类功率放大电路甲乙（AB）类功率放大电路丙（C）类功率放大电路数码（D）功率放大电路静态电流足够大，输入信号在整个周期内都有集电极电流ic通过，效率低，耗电大，失真小静态电流为零。效率高。有两只管子交替导电与截止。具有交越失真和开关失真有一定的静态电流，兼有甲、乙类优点。能克服交越失真，但无法克服开关失真第八页，共42页。读一读——提高功率放大器效率的途径第九页，共42页。降低静态功耗，即减小静态电流三种工作状态乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°读一读——提高功率放大器效率的途径第十页，共42页。做一做项目：BJT基本放大电路效率的仿真测试项目编号：MNF6-1任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A）。测试设备与软件：计算机1台，测试电路：如图所示。采用射极输出器作为测量电路，可以测量BJT在极限运用情况（接近于饱和区和截止区）下的效率，而同时保持输出信号基本不失真。Multisim2001或其他同类软件1套。第十一页，共42页。①按图画仿真电路。②在输入为0时，观察示波器上的直流输出电压；调整基极偏置电阻，使BJT的UCE=10V（VCC的一半）。做一做——BJT基本放大电路效率的仿真测试测试程序：③在输入为0时，观察功率计上直流电源提供的总功率（不计基极偏置电路的损耗功率，下同）PV，并记录：PV=____mW。观察示波器上的输出电压幅度，此时应有Uom=0，因此

第十二页，共42页。观察示波器上的输出电压幅度，此时应有Uom=0，因此

做一做——BJT基本放大电路效率的仿真测试测试程序：④改变输入电压，使其幅值分别为0,1V,5V,10V，并将相应的测量结果填入下表Uim/V01510Uom/VPV第十三页，共42页。做一做——BJT基本放大电路效率的仿真测试测试程序：结论：对于射极输出器来说，随着输入电压Uim或输出功率Po的增大，直流电源提供的总功率PV_____（同步增大/基本不变/同步减小）；而效率

则______（同步增大/基本不变/同步减小）。

第十四页，共42页。做一做项目：基本互补对称电路的仿真测试项目编号：MNF6-2任务要求：按测试程序要求完成所有测试测试设备与软件：计算机1台，Multisim2001或其他同类软件1套。测试电路：如图所示。内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A）。第十五页，共42页。①按图画仿真电路。②使ui=0，测量两管集电极静态工作电流，并记录：IC1=

，IC2=

。结论：互补对称电路的静态功耗________________（基本为0/仍较大）。

做一做——基本互补对称电路的仿真测试测试程序：第十六页，共42页。③保持步骤②，改变ui，使其fi

=1kHz

，Uim=10.5V，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo的波形，并记录波形。结论：互补对称电路的输出波形________________（基本不失真/严重失真）

做一做——基本互补对称电路的仿真测试测试程序：④保持步骤③，不接VT2，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo的波形，并记录波形。结论：晶体管VT1基本工作在_____（甲类状态/乙类状态）。

第十七页，共42页。做一做——基本互补对称电路的仿真测试测试程序：⑤保持步骤④，不接VT1，接入VT2，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo波形，并记录波形。结论：晶体管VT2基本工作在________________（甲类状态/乙类状态）⑥保持步骤⑤，再接入VT1，用示波器测量uo幅度Uom，计算输出功率Po并记录：第十八页，共42页。做一做——基本互补对称电路的仿真测试测试程序：⑦保持步骤⑥，用万用表测量电源提供的平均直流电流I0值，计算电源提供功率PV、管耗PVT和效率

，并记录：I0=______，PV=2VCCI0=_________。

PVT=PV－Po=_________，

结果表明，互补对称电路相对于甲类放大电路，其效率_________（较高/较低）。

第十九页，共42页。1.电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路第二十页，共42页。两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。2.工作原理读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路第二十一页，共42页。（1）最大不失真输出功率Pomax实际输出功率Po3.分析计算读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路使第二十二页，共42页。单个管子在半个周期内的管耗选管依据之一3.分析计算读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路（2）管耗PT第二十三页，共42页。当3.分析计算读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路（3）电源供给的功率PV第二十四页，共42页。当3.分析计算读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路（4）效率第二十五页，共42页。（6）功率BJT的选择BJT的最大允许管耗PCM必须大于实际工作时的PVT1m

选用击穿电压的BJT

BJT:3.分析计算读一读——乙类双电源互补对称功率放大电路（5）最大管耗和最大输出功率的关系第二十六页，共42页。做一做项目：基本互补对称电路最大管耗的仿真测试项目编号：MNF6-3任务要求：按测试程序要求完成所有测试设备与软件：计算机1台，Multisim2001或其他同类软件1套。测试电路：如图所示。测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A）。第二十七页，共42页。①按图画仿真电路。②输入端接入ui（fi

=1kHz），其幅值如下表所列，用功率计测量三极管VT2的管耗PVT2（或PVT1），并记录于下表中。Uim/V246810PVT2/mW结果表明，互补对称电路的三极管管耗_____（是/不是）发生在输出最大时，_____（是/也不是）发生在输出最小时。

做一做——基本互补对称电路最大管耗的仿真测试测试程序：第二十八页，共42页。③输入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=3V），用示波器（DC输入端）同时观察ui

、uo的波形，并记录波形。结果表明，基本（乙类）互补对称电路的输出波形在过零点处________（无失真/有明显失真）。

做一做——基本互补对称电路最大管耗的仿真测试测试程序：第二十九页，共42页。做一做项目：基本（乙类）互补对称电路失真的仿真测试项目编号：MNF6-4任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A）。测试设备与软件：计算机1台，Multisim2001或其他同类软件1套。测试电路：如图所示。第三十页，共42页。①按图画仿真电路。②输入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=0V），用示波器（DC输入端）测量N点直流电压值，并使UN=10V。③保持步骤②，输入端接入ui（fi

=1kHz）

，并使Uim分别为1V、2V和3V，用示波器同时观察ui，

uo的波形，并记录波形。做一做——甲乙类单电源互补对称电路失真的仿真测试测试程序：第三十一页，共42页。结果表明，甲乙类单电源互补对称电路_____________（可以/不可以）实现正常放大，但其不失真输出动态范围与甲乙类双电源互补对称电路相比_____________（要小/基本接近/要大）。

做一做——甲乙类单电源互补对称电路失真的仿真测试测试程序：第三十二页，共42页。1.乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形读一读——甲乙类互补对称功率放大电路第三十三页，共42页。静态偏置可克服交越失真动态工作情况二极管等效为恒压模型理想二极管设T3已有合适的静态工作点2.甲乙类双电源互补对称电路读一读——甲乙类互补对称功率放大电路第三十四页，共42页。UBE可认为是定值R1、R2不变时，UCE也是定值，可看作是一个直流电源2.甲乙类双电源互补对称电路读一读——甲乙类互补对称功率放大电路第三十五页，共42页。静态偏置动态工作情况——此电路存在的问题：

调整R1、R2阻值的大小，可使此时电容上电压N点电位受到限制2.甲乙类双电源互补对称电路读一读——甲乙类互补对称功率放大电路第三十六页，共42页。1W的小功率放大器10W以上的中功率放大器25W的厚膜集成功率放大器输出功率发展变革读一读——集成功率放大电路放大