功率输出级电路三

（优选）功率输出级电路三本文档共42页；当前第1页；编辑于星期三\21点49分

导通角：=乙类：导通角：<丙类：导通角：<<2ICQ甲乙类：导通角：=2ICQ甲类：三极管的工作状态：为提高效率和改善失真，三极管可工作在不同的静态工作点，根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。本文档共42页；当前第2页；编辑于星期三\21点49分一、甲类功率输出级T1----射极跟随输出级T2

----恒流源偏置电路，可提供ICQ，并作为T1发射极有源负载电阻常采用共射组态甲类功率输出级电路如图。特点：AI高，输入阻抗高，输出阻抗低。所以它既具有较大的功率又有很强的带载能力。η＝Po/PDc=25%实际η＝10％～20％可见甲类工作状态的效率极低：原因是静态工作点的存在。本文档共42页；当前第3页；编辑于星期三\21点49分二、乙类功率输出级原理：当Ui为正弦信号正半周，T2截止，T1导通，Uo随Ui变化；图6-28(a)互补对称乙类推挽输出级(一)乙类推挽输出级工作原理1.互补对称乙类推挽输出级结构：由T1（NPN管）和T2（PNP管）分别与负载RL连成射极跟随器，T1、T2管的输出特性对称。故输出完整波形。当Ui为正弦信号负半周，T1截止，T2导通，Uo随Ui变化：本文档共42页；当前第4页；编辑于星期三\21点49分图6-29乙类输出特性（二）乙类推挽输出级的功率分析Uom=

Ec-

Uce1忽略三极管的饱和压降，UomEc:1.交流输出功率Po负载上的最大不失真功率为:本文档共42页；当前第5页；编辑于星期三\21点49分2．电源提供的直流功率PDC电源供给每管的直流功率为:电源提供给双管的直流功率为:电源提供给双管的最大直流功率为:2PDC(单)每管半周平均电流为：本文档共42页；当前第6页；编辑于星期三\21点49分3．功率转换效率η当Uom=EC

时效率最大，乙类推挽输出级的最大效率可达78.5%，考虑到损耗和改善波形失真问题，实际<70%。本文档共42页；当前第7页；编辑于星期三\21点49分4．晶体管集电极功耗Pc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上，形成三极管的管耗。

令，可求得Pc=Pcmax时的将此式代入上式可求得集电极最大功耗为：本文档共42页；当前第8页；编辑于星期三\21点49分5.PC与Po关系曲线（如图）

P

Cmax=Poη=50%O→M

Po↑,PC↑;N点

Po=Pomax,

η=ηmax=78.5%此时，Pc=0.273Po0.2PoM→N

Po↑

PC↓,η↑;M点Pc与Po的关系poPCPc=Po,=0.5Pc=0.273Po=0.785MN本文档共42页；当前第9页；编辑于星期三\21点49分

3．功率管的选择为了确保功率管的安全和输出功率的要求，电源及输出功率管参数的选择原则如下：1）已知Pomax与RL，选择电源UCC，则有：2）已知Pomax，选择管子允许的最大功耗PCM，则有：3）管子的反向击穿电压BUCEO当信号最大时，一管趋于饱和，而另一管趋于截止，截止管承受的最大反压为UCC－(－UCC)=2UCC，所以4）管子允许的最大集电极电流ICM本文档共42页；当前第10页；编辑于星期三\21点49分(三)乙类推挽输出级转移特性本文档共42页；当前第11页；编辑于星期三\21点49分2.互补推挽输出级（甲乙类）T

1--共射激励级,可提高输入信号电压幅度;T2，T3--互补推挽输出级T4，T5--给T

2,T3提供小偏压。本文档共42页；当前第12页；编辑于星期三\21点49分3.准互补推挽输出级前面介绍的互补推挽功率输出级，在大功率应用时还存在以下问题：输出异型管（T2、T3）的输出特性很难做到完全对称，结果造成输出波形上下不对称；输出管的β值有限，会限制最大输出功率。解决办法：可采用由复合管构成的准互补推挽功率输出级。1）复合管将两个或三个晶体管按一定的原则级联起来所构成的三端器件称做复合管或达林顿（Darlington）管。组成复合管要遵从以下原则：（1）电流流向必须一致；（2）各极电压必须保证所有管子工作在放大区；（3）复合管的基极电流等于第一个管子的基极电流，因此复合管的类型与第一个管子的类型相同。本文档共42页；当前第13页；编辑于星期三\21点49分正确的复合管连接方式有四种，如图所示。hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2复合管的电流放大系数为：复合管（a,c）的输入电阻为复合管（b,d）的输入电阻为hie=hie1本文档共42页；当前第14页；编辑于星期三\21点49分2）准互补推挽功率输出级

T1、T2复合成NPN管，T3、T4复合成PNP管。R1和R2是为了给T2、T4的反向饱和电流提供泄放通道而加的电阻。（以免在T2、T4结温升高时，ICBO随温度指数上升，引起T2、T4的ICEO迅速增大而造成恶性热循环。）注意：准互补推挽功率输出级只要求上下两个复合管在总特性上相互匹配，不必一一对应匹配；也不强求上下两个复合管管子数目相等。本文档共42页；当前第15页；编辑于星期三\21点49分4.单电源互补推挽功率输出级（OTL电路）T3--共射激励级，电压放大;T1,T2--推挽功率输出级;D1,D2--提供小偏压;T4,T5--输出过载保护电路本文档共42页；当前第16页；编辑于星期三\21点49分

运算放大器是由直接耦合多级放大电路集成制造的高增益放大器，它的组成框图如图所示。运放组成及符号第十一节集成运算放大器差放输入级中间放大级低阻输出级恒流源偏置U-U+Uo本文档共42页；当前第17页；编辑于星期三\21点49分

1.输入级:高性能的差动放大电路。运放有两个输入端，一个称为同相输入端，即输出与该端输入信号相位相同，用符号U－表示；另一个称为反相输入端，即输出与该端输入信号相位相反，用符号U＋表示。

4.恒流源偏置：可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。

3.低阻输出级：由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。

2.中间放大级：提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。多为差动电路和带有源负载的高增益放大器。本文档共42页；当前第18页；编辑于星期三\21点49分通用型集成运放电流源作有源负载Ir本文档共42页；当前第19页；编辑于星期三\21点49分优点：输入阻抗高；共模范围大；开环增益高；工作稳定、可靠。F007通用运放的特点:电路中采用了组合差放，有源负载；内部电容补偿；输出过流保护等措施。本文档共42页；当前第20页；编辑于星期三\21点49分(五)调零及相位补偿Rw

--调零电位器,使Ui=0时,Uo=0;CΦ=30pF--相位补偿电容，防止闭环时产生自激振荡.本文档共42页；当前第21页；编辑于星期三\21点49分二集成运放参数及相位补偿技术

(一)集成运放的主要特性参数1.传输参数1）差模电压增益

AUd=|Uo/Uid|或AUd(dB)=20lg|Uo/Uid|2）输入电阻Rid

Rid=Uid/Iid3）输出电阻Ro:运放开环工作时输出端对地电阻。4）共模输入电阻Ric：运放每个输入端对地的等效电阻。5）共模抑制比KCMR：KCMR=|AUd/AUc|本文档共42页；当前第22页；编辑于星期三\21点49分6）频率带宽截止频率fo

--运放开环增益下降到直流增益的0.707倍对应的频率;单位增益带宽fc--运放开环增益下降到1（0dB）时频带宽度；对单极点系统，有AUdfH=

fc7）差模输入电压范围Udm：

运放输入端所能承受的最大差模电压。8）共模输入电压范围Ucm：运放输入端所能允许的最大共模电压。本文档共42页；当前第23页；编辑于星期三\21点49分

1.输入失调电压Uos

2.输入偏置电流Ib

3.输入失调电流Ios2.失调误差参数4.输入失调电压温漂

dUos/dT5.输入失调电流温漂dIos/dT在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。本文档共42页；当前第24页；编辑于星期三\21点49分1)额定输出电压UcM：

3.输出信号响应参数2)额定输出电流IoM3)转换速率SR（也称摆率）在标准电源电压和额定输出电流情况下，为保证Uo不出现明显失真的最大Uo值。在额定输出电压情况下，运放可提供的最大输出电流。在额定输出电压情况下，输出电压的最大变化速率。SR=Up-p/Δt定义：本文档共42页；当前第25页；编辑于星期三\21点49分

运算放大器图片本文档共42页；当前第26页；编辑于星期三\21点49分

运算放大器图片本文档共42页；当前第27页；编辑于星期三\21点49分本章是后面各章的基础，是学习的重点之一。主要内容如下:一、放大的概念放大的对象：在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大的本质：是在输入信号的作用下，通过有源元件(晶体管或场效应管)对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得的输出信号能量，比信号源向放大电路提供的能量大得多。放大的特征：是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。放大的前提：是不失真,换言之。放大电路小结本文档共42页；当前第28页；编辑于星期三\21点49分二、放大电路的组成原则1.放大电路的核心元件：是有源元件，即晶体管或场效应管。2.直流电源电压：数值、极性的设置要正确。3.电路参数：应保证晶体管工作在放大区、场效应管工作在恒流区，即建立起合适的静态工作点,保证电路不失真。4.输入信号：应能够有效地作用于有源元件的输入回路，输出信号能够作用于负载之上。放大电路小结本文档共42页；当前第29页；编辑于星期三\21点49分三、放大电路的主要性能指标1.增益A：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比，或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。2.输入电阻Ri:从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。3.输出电阻R。:从输出端看进去的等效输出信号源的内阻，说明放大电路的带负载能力。4.最大不失输出电压Um:未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值(或峰值)。5.下限、上限截止频率fL和fH、通频带BW:均为频率响应参数,反映电路对信号频率的适应能力,见第五章。6.最大输出功率Pm和效率:及衡量在输出波形基本不失真情况下负载能够从电路获得的最大功率,以及电源为此应提供的功率。放大电路小结本文档共42页；当前第30页；编辑于星期三\21点49分四、放大电路的分析方法1.静态分析：就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，晶体管（和场效应管）各电极间的电流与电压就是Q点。可用解析法或图解法求解。2.动态分析：就是求解各动态参数和分析输出波形。通常,利用h参数等效电路计算小信号作用时的Au、Ri和Ro，利用图解法分析UOm和失真情况。放大电路的分析应遵循“先静态、后动态”的原则：只有静态工作点合适,动态分析才有意义；Q点不但影响电路输出是否失真，而且与动态参数密切相关。

放大电路小结本文档共42页；当前第31页；编辑于星期三\21点49分五、晶体管（和畅效应管）放大电路晶体管基本放大电路有共射、共集、共基三种接法。1.共射放大电路：即有电流放大作用又有电压放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大。2.共集放大电路：只放大电流不放大电压，因输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因电压增益接近1而用于信号的跟随。3.共基电路：只放大电压不放大电流，输入电阻小,高频特性好,适用于宽频带放大电路。放大电路小结本文档共42页；当前第32页；编辑于星期三\21点49分频响小结放大器的增益与频率有关，称幅频特性；放大器的相移也与频率有关，称相频特性，两者统称为频率响应。高频响应—由晶体管的结电容引起的。低频响应—由电路中耦合电容和旁路电容引起的分析放大器的高频响应借助于晶体管的高频模型即混合模型，具体分析步骤：1.画出放大器的交流通路；2.用混合模型代替晶体管画出放大器的高频等效电路3.求出中频增益4.根据高频等效电路确定高频极点。5.写出高频传输函数，确定高频截频及带宽本文档共42页；当前第33页；编辑于星期三\21点49分差分放大电路是模拟集成电路中最基本的电路形式。它的主要特点是对差模信号有很大的放大能力，对共模信号具有根强的抑制作用。差放在双端输出时主要是依靠电路对称性抑制共模信号，单端输出时主要是依靠共公发射极电阻的强负反馈作用抑制共模信号。典型差放电路主要计算公式双端输出差模电压增益双端输出共模电压增益双端输出共模抑制比差放、功放小结本文档共42页；当前第34页；编辑于星期三\21点49分共模信号Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2差模信号Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2单端输出差模电压增益单端输出共模电压增益单端输出共模抑制比输入任意信号时可分解差模与共模信号`差放、功放小结本文档共42页；当前第35页；编辑于星期三\21点49分低频功率输出级按功放管工作状态分为甲类、乙类、甲乙类三种。：甲类——失真小，但效率低。乙类——效率高，但存在严重交越失真甲乙类——吸收了甲类和乙类的优点，运用广泛，但电路结构比甲类和乙类复杂甲类功放乙类功放差放、功放小结本文档共42页；当前第36页；编辑于星期三\21点49分差放、功放小结功率管的选择选择原则如下：1）已知Pomax与RL，选择电源UCC，则有：2）已知Pomax，选择管子允许的最大功耗PCM，则有：3）管子的反向击穿电压BUCEO4）管子允许的最大集电极电流ICM本文档共42页；当前第37页；编辑于星期三\21点49分复合管及应用组成复合管要遵从以下原则：（1）电流流向必须一致；（2）各极电压必须保证所有管子工作在放大区；（3）复合管的基极电流等于第一个管子的基极电流，因此复合管的类型与第一个管子的类型相同。复合管结构：可使等效管的电流放大系数提高；hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2复合管的电流放大系数为：复合管（a,c）的输入电阻为复合管