第8章功率放大器.ppt

1、第八章 功率放大电路,(4-2),一、功率放大电路特点与研究对象,1、功率放大器是一种不失真的向负载 提供足够的输出功率的电路,8.1 功率放大电路的一般问题,大电压 大电流,大信号,图解法,失 真,功 耗,(4-3),例： 扩音系统,2.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。 扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。,一、功率放大电路的特点及研究对象,1、要求输出功率尽可能大,5.1功率放大电路的一般问题,2、效率要高,3、非线性失真要小,4、BJT的散热问题,(4-5),1、共发射极放大电路的效率问题,设“Q”设置在 交流负载线中点,VCC,IC,二、功率放大电路提高效

2、率的途径,1、甲类： 在信号的整个周期内，三极管都处于导通状态,从甲类放大电路中知道，静态电流是造成管耗的主要因素。,失真小，静态电流大，管耗大，效率低。,三、功率放大电路的分类,2、乙类,0,0,iC,iB=常数,Q,vCE,iC,t,失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高,三极管只在半个周期内导通,3、甲乙类：,0,ICQ,0,iC,iB=常数,Q,vCE,iC,t,甲乙类和乙类放大主要用于功率放大电路中,失真大，静态电流小，管耗小，效率高,三极管的导通时间超过半个周期小于一个周期(介于甲类、乙类中间),3、甲乙类： 三极管的导通时间超过半个周期小于一个周期 (介于甲类、乙类中间),功率放

3、大电路的分类,1、甲类： 在信号的整个周期内，三极管都处于导通状态,2、乙类： 三极管只在半个周期内导通,(4-10),总 结,A、为了得到大的输出功率。要求电路输出尽可能大的电压和电流。,B、小信号等效电路不适应。,C、为提高效率，有源器件工作在乙类、甲乙类状态，而不是甲类状态。,D、散热与保护等问题。,工作在大信号状态。,(4-11),8.2 射极输出器甲类放大的实例,1. 电路组成及工作原理,(4-12),2. 功率及效率的计算(),8.3.1 电路组成,1、两个参数、性能相同的异形管： NPN PNP 2、两个电源连接组成,vi,8.3 乙类双电源互补对称功率放大器,基极输入,射极输出

4、,负载,(4-14),8.3.1 电路组成,(a) (b) (c),两个射极输出器组合而成,射极输出器输出电阻小、带负载能力强,8.2 乙类双电源互补对称功率放大器,(4-15),8.3 乙类双电源互补对称功率放大器,8.3.2 工作原理,(4-16),8.3.2 工作原理（设vi为正弦波）,静态时：,vi = 0V ic1、ic2均=0 vo = 0V,动态时：,vi 0V,T1截止，T2导通,vi 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。,(4-17),输入输入波形图,死区电压,(4-18),(1) 静态电流 ICQ、IB

5、Q等于零；,特点：,(2) 每管导通时间为半个周期 ；,(3) 存在交越失真。,(4-19),（1）最大不失真输出功率Pomax,实际输出功率Po,8.3.3 分析计算,(4-20),单个管子在半个周期内的管耗,（2）管耗PT,两管管耗,(4-21),（3）电源供给的功率PE,当,（4）效率,(4-22),管耗PC,8.3.4 三极管的最大管耗,(4-23),令,则：,时管耗最大，即：,每只管子最大管耗为 0.2Pom,8.3.4 三极管的最大管耗,(4-24),例 已知：VCC = VCC = 24 V，RL = 8 ， 忽略 VCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PC1， 并选

6、管。,解,PDC=2V2CC / RL,= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W),(4-25),= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W),V(BR)CEO 48 V,ICM 24 / 8 = 3 (A),可选：,V(BR)CEO = 60 100 V,ICM = 5 A,PCM = 10 15 W,(4-26),8.3.5 选管条件,1. PCM PT1max =0.2PoM,2,(4-27),IB=0,8.3.6 交越失真的消除,在输出信号正、负半周交替过零处，因三极管存在开启电压而形成的非线性失真，称为交越失真。,(4-28),8.3 乙类双电源互补对称功率放大器,8.

7、3.6 交越失真及其消除,给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。,克服交越失真思路：,(4-29),8.3.6 交越失真及其消除,(4-30),克服交越失真的电路,(4-31),8.3 甲乙类互补对称功率放大电路,vi,RL,vo,T1,T2,+Vcc,T3,Rc3,Re3,D1,D2,-Vcc,ic1,ic2,iL,利用二极管进行偏置的互补对称电路。,8.3 甲乙类互补对称功率放大电路,利用VBE扩大电路进行偏置的互补对称电路,8.3 甲乙类互补对称功率放大电路,8.4 甲乙类单电源互补对称电路(OTL),在输入信号的负半周，经T3倒向，VC3下降， T1截止，这时C放电，充当电源，使

8、T2导通，有电流流过 RL，方向为由下向上，要求C容量足够大，即时间常数RLC 足够大，以保证C上电压维持VCC/2基本不变。 单电源电路的po、pV、pT计算与双电源相同，只不过要把原公式中的VCC换成VCC/2。,(4-35),1、基本原理,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,（1）静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,8.4 甲乙类单电源互补对称电路(OTL),(4-36),（2）动态分析,（电容相当于电源）,时，T1导通、T2截止；,设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号,(4-37),（3）输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,(4-3

9、8),三、甲乙类单电源互补对称放大电路,V2,+ vo ,C,E,电容 C 的作用：,1)充当 VCC / 2 电源,2)耦合交流信号,8.4 甲乙类单电源互补对称电路(OTL),带自举的单电源互补对称电路,(4-40),当 vi = 0 时:,当 vi 0 时：,V2 导通，C 放电，,V2 的等效电源电压 0.5VCC。,当 vi 0 时：,V1导通，C 充电，,V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。,应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。,(4-41),复合互补对称功率放大电路,1、 复合管 复合管是由两个或两个以上三极管按一定的方式连接而成的。 复合管又

10、称为达林顿管。, 串接点的电流必须连续; 并接点电流的方向必须保持一致。,2、组成复合管时要注意两点:,(4-42),复合管互补对称放大电路,1. 复合管(达林顿管),目的：实现管子参数的配对,ib1,(1 + 1) ib1,(1 + 1) (1 + 2) ib1,= (1 + 1 + 2+ 12) ib1, 1 2,rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2,2(1+1) ib1,1 ib1,ib,ic,ie,(1 + 2 + 12) ib1,(4-43),NPN + NPN,NPN,PNP + PNP,PNP,NPN + PNP,NPN,PNP + NPN,PNP,(4-44),V1、

11、V3 NPN,V2、V4 PNP,R3 、R5 穿透电流泄放电阻,准互补对称电路,2. 复合管互补对称电路举例,(4-45),RE1 、RE2 稳定 “Q”、过流保护,取值 0.1 0.5 ,V5 V7、RP 克服交越失真,R4 使 V3、V4 输入电阻平衡,V8 构成前置电压放大,RB1 引入负反馈，提高稳定性。,VE,VB8,IB8,IC8,VB3,VE,(4-46),因 PNP 管 小，采用三只管子复合而成,克服 交越 失真,(4-47),1. 功率管的工作类型,2. OCL 和 OTL 功放电路的特性,(4-48),OCL 电路和 OTL 电路的比较,第 八 章功率放大电路,(4-49

12、),结构简单，效率高， 频率响应好，易集成,结构简单，效率高，频率 响应好，易集成，单电源,双电源， 电源利用率不高,输出需大电容， 电源利用率不高,最大输出功率,直流电源消耗功率,效率,最大管耗,(4-50),END,(4-51),组成：,前置级、中间级、输出级、偏置电路,特点：,输出功率大、效率高,有过流、过压、过热保护,LM384集成功放,(4-52),OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ：,(1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流