模電第7章功率放大電路1ppt課件

1、7.1 7.1 功率放大電路的普通問題功率放大電路的普通問題7.2 7.2 互補(bǔ)對稱功率放大電路互補(bǔ)對稱功率放大電路 7.3 7.3 集勝利率放大電路集勝利率放大電路本章根本教學(xué)要求本章根本教學(xué)要求熟練掌握功率放大電路的任務(wù)原理、最熟練掌握功率放大電路的任務(wù)原理、最大輸出功率和效率的估算。大輸出功率和效率的估算。正確了解非線性失真。正確了解非線性失真。普通了解集勝利率放大電路及其運用。普通了解集勝利率放大電路及其運用。本章重點內(nèi)容本章重點內(nèi)容 功率放大電路的特點和功率放大電路的特點和互補(bǔ)推挽功率放大電路的任互補(bǔ)推挽功率放大電路的任務(wù)原理以及輸出功率的計算務(wù)原理以及輸出功率的計算。7.1 7.1

2、 功率放大電路的普通問題功率放大電路的普通問題 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。 必需使 ： 輸出信號電壓大； 輸出信號電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。功率放大電路的特點及主要研討對象功率放大電路的特點及主要研討對象1.要求輸出功率盡能夠大；2.要求效率要高；3.非線性失真要小；4.分析方法用圖解法；5.要思索散熱措施及過流過壓維護(hù)措施。一、為了獲得大的輸出功率，可以1、提高電源電壓2、選擇大功率管3、改善散熱條件 二、功率放大電路提高效率的主要途徑二、功率放大電路提高效率的主要途徑選擇恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)方式：1.甲類放大 輸入信號在整個周期內(nèi)都有電流流過放大器件，ic0，輸

3、出不失真，最大效率50%，沒有信號時，功率全部耗費在管子上。如電壓放大器。圖圖7.1 甲類放大，在一個周期內(nèi)甲類放大，在一個周期內(nèi)iC 02.2.甲乙類放大甲乙類放大 輸入信號在大半個周期內(nèi)有電輸入信號在大半個周期內(nèi)有電 流流過放大器件，輸出出現(xiàn)失真，效率增大，流流過放大器件，輸出出現(xiàn)失真，效率增大， 由于靜態(tài)任務(wù)點低，所以在沒有輸入信號時，由于靜態(tài)任務(wù)點低，所以在沒有輸入信號時， 管子耗費的功率不大。管子耗費的功率不大。圖圖7.2 乙類放大，在大半個周期內(nèi)乙類放大，在大半個周期內(nèi)iC 03.乙類放大 輸入信號僅在半個周期內(nèi)有電流 流過放大器件，輸出的半個波形沒有了，失真到達(dá)最大，但效率到達(dá)最

4、高。由于靜態(tài)時集電極電流為零，所以在沒有輸入信號時三極管不耗費功率。圖圖7.3 乙類放大，在半個周期內(nèi)乙類放大，在半個周期內(nèi)iC 07.2 7.2 互補(bǔ)對稱功率放大電路互補(bǔ)對稱功率放大電路1. 電路組成 乙類互補(bǔ)功率放大電路如下圖。它由一對NPN、PNP特性一樣的互補(bǔ)三極管組成的射極輸出器。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。 乙類互補(bǔ)功率放大電路乙類互補(bǔ)功率放大電路2.任務(wù)原理任務(wù)原理 當(dāng)輸入信號處于正半周時，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時NPN型三極管導(dǎo)電，有電流經(jīng)過負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向一樣。 當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，且幅度當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，且幅度遠(yuǎn)大于三極管

5、的開啟電壓，此時遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時PNP型三極管導(dǎo)電，有電流經(jīng)過負(fù)型三極管導(dǎo)電，有電流經(jīng)過負(fù) 載載RL，按圖中方向由上到下。于是兩個三，按圖中方向由上到下。于是兩個三極管一個正半周，一個負(fù)半周輪番導(dǎo)極管一個正半周，一個負(fù)半周輪番導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一同，得到一個完好的不失真波形在一同，得到一個完好的不失真波形。動畫動畫7-1 嚴(yán)厲說，輸入信號很小時，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真，這個失真稱為交越失真。如下圖。交越失真交越失真 為處理交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之任務(wù)在甲乙

6、類。此時的互補(bǔ)功率放大電路如下圖。 (a)利用二極管提供偏置電壓利用二極管提供偏置電壓 (b)利用三極管恒壓源提供偏置利用三極管恒壓源提供偏置 甲乙類互補(bǔ)功率放大電路甲乙類互補(bǔ)功率放大電路動畫動畫7-2甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路BE4221CE4VRRRV VBE4可以為是定值可以為是定值 R1、R2不變時，不變時，VCE4也是定值，可看作是一個直也是定值，可看作是一個直流電源。流電源。 3.參數(shù)計算 1) 最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP 設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類任務(wù)形狀，輸入為正弦波。忽設(shè)互補(bǔ)功

7、率放大電路為乙類任務(wù)形狀，輸入為正弦波。忽 略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為：略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為： 直流電源提供的功率為半個正弦波的平均功率，信號越大，電流越大，電源功率也越大。omLomCC0LomCC0omCCCCCCV2)d(sin22)d(sin22=kVRVVttRVVttIVIVP2) 2) 電源功率電源功率PVPV 即即PV Vom 。當(dāng)。當(dāng)Vom趨近趨近VCC時時: LCCVRVP 22max3) 三極管的管耗PT 電源輸入的直流功率，有一部分經(jīng)過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分那么耗費在三極管上，構(gòu)成三極管的管耗。顯然 ： L2omLom

8、CCoVT22=RVRVVPPP 將將PT畫成曲線，畫成曲線，如下圖。如下圖。乙類互補(bǔ)功放電路的管耗乙類互補(bǔ)功放電路的管耗 顯然，管耗與輸出幅度有關(guān)，圖5.7中畫陰影線的部分即代表管耗，PT與Vom成非線性關(guān)系，有一個最大值?？捎肞T對Vom求導(dǎo)的方法找出這個最大值。PTmax發(fā)生在Vom=0.64VCC處，將Vom=0.64VCC代入PT表達(dá)式，可得PTmax為：omaxomaxomaxL2CC2L2CCL2CCLCCCCL2omLomCCTmax4 . 04 . 08 . 0264. 0256. 22)64. 0(64. 0222=PPPRVRVRVRVVRVRVVPomaxTmax2 .

9、0PP對一只三極管對一只三極管 乙類互補(bǔ)功放電路的管耗乙類互補(bǔ)功放電路的管耗4) 4) 效率效率 當(dāng)Vom = VCC 時效率最大: =/4 =78.5。CComomCComomVo422VVIVVIPP4. 大功率三極管的選用原那么大功率三極管的選用原那么 在最大輸出功率下，三極管的參數(shù)必需滿足在最大輸出功率下，三極管的參數(shù)必需滿足以下條件以下條件: : 1 1 每只三極管的最大允許管耗每只三極管的最大允許管耗PCM0.2Pom;PCM0.2Pom; 2) T2 2) T2飽和時，飽和時，VCE20VCE20，此時，此時VCE1VCE1具有最大具有最大值，且等于值，且等于2VCC2VCC。因

10、此，應(yīng)選用。因此，應(yīng)選用|V|VBRBRCEO|2VCCCEO|2VCC的管子；的管子； 3 3 經(jīng)過三極管的最大集電極電流為經(jīng)過三極管的最大集電極電流為VCC/RLVCC/RL，所選用的三極管似的，所選用的三極管似的ICMICM應(yīng)大于此值。應(yīng)大于此值。7.3 7.3 其它類型互補(bǔ)功率放大電路其它類型互補(bǔ)功率放大電路 除了雙電源的規(guī)范互補(bǔ)功率放大電路外，還有一除了雙電源的規(guī)范互補(bǔ)功率放大電路外，還有一些其它類型的互補(bǔ)功率放大電路：些其它類型的互補(bǔ)功率放大電路： 7.3.1 單電源互補(bǔ)功率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路 7.3.2 采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路 7.3

11、.3 集勝利率放大器集勝利率放大器 7.3.4 BTL互補(bǔ)功率放大電路互補(bǔ)功率放大電路7.3.1 7.3.1 單電源互補(bǔ)功率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路 當(dāng)電路對稱時，輸出端的靜態(tài)電位等于當(dāng)電路對稱時，輸出端的靜態(tài)電位等于 VCC /2。為了使負(fù)載上為了使負(fù)載上僅獲得交流信號，用一個僅獲得交流信號，用一個電容串聯(lián)在負(fù)載與輸出電容串聯(lián)在負(fù)載與輸出端之間。這種功率放大電端之間。這種功率放大電路也稱為路也稱為OTL互補(bǔ)功率放互補(bǔ)功率放大電路。電容器的容量由大電路。電容器的容量由放大電路的下限頻率確定。放大電路的下限頻率確定。CRfLL21=LL21fRC 單電源單電源OTL 互補(bǔ)功率放大電路互補(bǔ)功

12、率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路如下圖。單電源互補(bǔ)功率放大電路如下圖。動畫動畫7-3采用單電源的互補(bǔ)對稱電路采用單電源的互補(bǔ)對稱電路采用單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路采用單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路動畫動畫7-3計算各參數(shù)時計算各參數(shù)時,電源用電源用Vcc/2替代替代 7.3.2 采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路放大電路 當(dāng)輸出功率較大時，往往采用復(fù)合管，復(fù)當(dāng)輸出功率較大時，往往采用復(fù)合管，復(fù)合管有四種方式合管有四種方式 復(fù)合管的極復(fù)合管的極性由前面的一個性由前面的一個三極管決議。由三極管決議。由NPN-NPN或或PNP-PNP復(fù)合而成的復(fù)合而成的普通稱為達(dá)林頓普通稱為達(dá)林頓管。管。

13、 四種類型的復(fù)合管四種類型的復(fù)合管 采用復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路采用復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路采用復(fù)合管組成的采用復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路采用復(fù)合管組成的單電源準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路采用復(fù)合管組成的單電源準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路由集成運放作前置級的準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路由集成運放作前置級的準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路7.3.3 7.3.3 集勝利率放大器集勝利率放大器 集勝利率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動方面。集勝利放是在集成運算放大器的電壓互補(bǔ)輸出級后，參與互補(bǔ)功率輸出級而構(gòu)成的。集勝利率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動方面。集勝利

14、放是在集成運算放大器的電壓互補(bǔ)輸出級后，參與互補(bǔ)功率輸出級而構(gòu)成的。大多數(shù)集勝利率放大器實踐上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大器。它的運用方法原那么上與集成運算放大器一樣。大多數(shù)集勝利率放大器實踐上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大器。它的運用方法原那么上與集成運算放大器一樣。5G37集勝利率放大電路的內(nèi)部構(gòu)造集勝利率放大電路的內(nèi)部構(gòu)造 集勝利放運用時不能超越規(guī)定的極限參集勝利放運用時不能超越規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。集勝利放要加有足夠大的散熱器，保證壓。集勝利放要加有足夠大的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超越允許值。集勝利放在額定功耗下溫度不超越允許值。集勝利放普通允許加上較高的任務(wù)電壓，但許多集成普通允許加上較高的任務(wù)電壓，但許多集成功放可以在低電壓下任務(wù)，適用于無交流供功放可以在低電壓下任務(wù)，適用于無交流供電的場所，此時集勝利放電源電流較大，非電的場所，此時集勝利放電源電流較大，非線性失真也較大。線性失真也較大。7.3.4 BTL互補(bǔ)功率放大電路互補(bǔ)功率放大電路 BTL互補(bǔ)功率放大電路方框圖如圖所互補(bǔ)功率放大電路方框圖如圖所示。它是由兩路功率放大電路和反相