功率輸出級電路(n)(三)5

設計低頻功放應考慮以下幾個特殊問題：1.轉換效率η：

η＝Po/PDc2.非線性失真：大信號下，晶體管、變壓器等非線性元件的特性不能看成線性，而是非線性的，故非線性失真不可忽略。3.晶體管的安全運用：在功放中，晶體管工作時電壓、電流幅度變化大，接近極限運用，故應保證晶體管各電流、電壓及集電極耗散功率不超過規(guī)定值。第十節(jié)低頻功率放大電路電路功率放大器：放大設備中直接與負載相連并向負載提供信號功率的輸出級及其驅動電路。工作原理：實質是能量轉換器。即在輸入信號控制下，通過晶體管將直流電源供給的能量轉換成輸出信號功率。

導通角：=乙類：導通角：<丙類：導通角：<<2ICQ甲乙類：導通角：=2ICQ甲類：三極管的工作狀態(tài)：為提高效率和改善失真，三極管可工作在不同的靜態(tài)工作點，根據導通時間可分為如下四個狀態(tài)，如圖所示。一、甲類功率輸出級T1----射極跟隨輸出級T2

----恒流源偏置電路，可提供ICQ，并作為T1發(fā)射極有源負載電阻常采用共射組態(tài)甲類功率輸出級電路如圖。特點：AI高，輸入阻抗高，輸出阻抗低。所以它既具有較大的功率又有很強的帶載能力。η＝Po/PDc=25%實際η＝10％～20％可見甲類工作狀態(tài)的效率極低：原因是靜態(tài)工作點的存在。二、乙類功率輸出級原理：當Ui為正弦信號正半周，T2截止，T1導通，Uo隨Ui變化；圖6-28(a)互補對稱乙類推挽輸出級(一)乙類推挽輸出級工作原理1.互補對稱乙類推挽輸出級結構：由T1（NPN管）和T2（PNP管）分別與負載RL連成射極跟隨器，T1、T2管的輸出特性對稱。故輸出完整波形。當Ui為正弦信號負半周，T1截止，T2導通，Uo隨Ui變化：圖6-29乙類輸出特性（二）乙類推挽輸出級的功率分析Uom=

Ec-

Uce1忽略三極管的飽和壓降，UomEc:1.交流輸出功率Po負載上的最大不失真功率為:2．電源提供的直流功率PDC電源供給每管的直流功率為:電源提供給雙管的直流功率為:電源提供給雙管的最大直流功率為:2PDC(單)每管半周平均電流為：3．功率轉換效率η當Uom=EC

時效率最大，乙類推挽輸出級的最大效率可達78.5%，考慮到損耗和改善波形失真問題，實際<70%。4．晶體管集電極功耗Pc電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。

令，可求得Pc=Pcmax時的將此式代入上式可求得集電極最大功耗為：5.PC與Po關系曲線（如圖）

P

Cmax=Poη=50%O→M

Po↑,PC↑;N點

Po=Pomax,

η=ηmax=78.5%此時，Pc=0.273Po0.2PoM→N

Po↑

PC↓,η↑;M點Pc與Po的關系poPCPc=Po,=0.5Pc=0.273Po=0.785MN

3．功率管的選擇為了確保功率管的安全和輸出功率的要求，電源及輸出功率管參數的選擇原則如下：1）已知Pomax與RL，選擇電源UCC，則有：2）已知Pomax，選擇管子允許的最大功耗PCM，則有：3）管子的反向擊穿電壓BUCEO當信號最大時，一管趨于飽和，而另一管趨于截止，截止管承受的最大反壓為UCC－(－UCC)=2UCC，所以4）管子允許的最大集電極電流ICM(三)乙類推挽輸出級轉移特性2.互補推挽輸出級（甲乙類）T

1--共射激勵級,可提高輸入信號電壓幅度;T2，T3--互補推挽輸出級T4，T5--給T

2,T3提供小偏壓。3.準互補推挽輸出級前面介紹的互補推挽功率輸出級，在大功率應用時還存在以下問題：輸出異型管（T2、T3）的輸出特性很難做到完全對稱，結果造成輸出波形上下不對稱；輸出管的β值有限，會限制最大輸出功率。解決辦法：可采用由復合管構成的準互補推挽功率輸出級。1）復合管將兩個或三個晶體管按一定的原則級聯(lián)起來所構成的三端器件稱做復合管或達林頓（Darlington）管。組成復合管要遵從以下原則：（1）電流流向必須一致；（2）各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū)；（3）復合管的基極電流等于第一個管子的基極電流，因此復合管的類型與第一個管子的類型相同。正確的復合管連接方式有四種，如圖所示。hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2復合管的電流放大系數為：復合管（a,c）的輸入電阻為復合管（b,d）的輸入電阻為hie=hie12）準互補推挽功率輸出級

T1、T2復合成NPN管，T3、T4復合成PNP管。R1和R2是為了給T2、T4的反向飽和電流提供泄放通道而加的電阻。（以免在T2、T4結溫升高時，ICBO隨溫度指數上升，引起T2、T4的ICEO迅速增大而造成惡性熱循環(huán)。）注意：準互補推挽功率輸出級只要求上下兩個復合管在總特性上相互匹配，不必一一對應匹配；也不強求上下兩個復合管管子數目相等。4.單電源互補推挽功率輸出級（OTL電路）T3--共射激勵級，電壓放大;T1,T2--推挽功率輸出級;D1,D2--提供小偏壓;T4,T5--輸出過載保護電路

運算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，它的組成框圖如圖所示。運放組成及符號第十一節(jié)集成運算放大器差放輸入級中間放大級低阻輸出級恒流源偏置U-U+Uo

1.輸入級:高性能的差動放大電路。運放有兩個輸入端，一個稱為同相輸入端，即輸出與該端輸入信號相位相同，用符號U－表示；另一個稱為反相輸入端，即輸出與該端輸入信號相位相反，用符號U＋表示。

4.恒流源偏置：可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點。

3.低阻輸出級：由PNP和NPN兩種極性的三極管或復合管組成，以獲得正負兩個極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。

2.中間放大級：提供高的電壓增益，以保證運放的運算精度。多為差動電路和帶有源負載的高增益放大器。通用型集成運放電流源作有源負載Ir優(yōu)點：輸入阻抗高；共模范圍大；開環(huán)增益高；工作穩(wěn)定、可靠。F007通用運放的特點:電路中采用了組合差放，有源負載；內部電容補償；輸出過流保護等措施。(五)調零及相位補償Rw

--調零電位器,使Ui=0時,Uo=0;CΦ=30pF--相位補償電容，防止閉環(huán)時產生自激振蕩.二集成運放參數及相位補償技術

(一)集成運放的主要特性參數1.傳輸參數1）差模電壓增益

AUd=|Uo/Uid|或AUd(dB)=20lg|Uo/Uid|2）輸入電阻Rid

Rid=Uid/Iid3）輸出電阻Ro:運放開環(huán)工作時輸出端對地電阻。4）共模輸入電阻Ric：運放每個輸入端對地的等效電阻。5）共模抑制比KCMR：KCMR=|AUd/AUc|6）頻率帶寬截止頻率fo

--運放開環(huán)增益下降到直流增益的0.707倍對應的頻率;單位增益帶寬fc--運放開環(huán)增益下降到1（0dB）時頻帶寬度；對單極點系統(tǒng)，有AUdfH=

fc7）差模輸入電壓范圍Udm：

運放輸入端所能承受的最大差模電壓。8）共模輸入電壓范圍Ucm：運放輸入端所能允許的最大共模電壓。

1.輸入失調電壓Uos

2.輸入偏置電流Ib

3.輸入失調電流Ios2.失調誤差參數4.輸入失調電壓溫漂

dUos/dT5.輸入失調電流溫漂dIos/dT在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。在規(guī)定工作溫度范圍內，輸入失調電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。1)額定輸出電壓UcM：

3.輸出信號響應參數2)額定輸出電流IoM3)轉換速率SR（也稱擺率）在標準電源電壓和額定輸出電流情況下，為保證Uo不出現(xiàn)明顯失真的最大Uo值。在額定輸出電壓情況下，運放可提供的最大輸出電流。在額定輸出電壓情況下，輸出電壓的最大變化速率。SR=Up-p/Δt定義：

運算放大器圖片

運算放大器圖片本章是后面各章的基礎，是學習的重點之一。主要內容如下:一、放大的概念放大的對象：在電子電路中，放大的對象是變化量，常用的測試信號是正弦波。放大的本質：是在輸入信號的作用下，通過有源元件(晶體管或場效應管)對直流電源的能量進行控制和轉換，使負載從電源中獲得的輸出信號能量，比信號源向放大電路提供的能量大得多。放大的特征：是功率放大，表現(xiàn)為輸出電壓大于輸入電壓，輸出電流大于輸入電流，或者二者兼而有之。放大的前提：是不失真,換言之。放大電路小結二、放大電路的組成原則1.放大電路的核心元件：是有源元件，即晶體管或場效應管。2.直流電源電壓：數值、極性的設置要正確。3.電路參數：應保證晶體管工作在放大區(qū)、場效應管工作在恒流區(qū)，即建立起合適的靜態(tài)工作點,保證電路不失真。4.輸入信號：應能夠有效地作用于有源元件的輸入回路，輸出信號能夠作用于負載之上。放大電路小結三、放大電路的主要性能指標1.增益A：輸出變化量幅值與輸入變化量幅值之比，或二者的正弦交流值之比，用以衡量電路的放大能力。2.輸入電阻Ri:從輸入端看進去的等效電阻，反映放大電路從信號源索取電流的大小。3.輸出電阻R。:從輸出端看進去的等效輸出信號源的內阻，說明放大電路的帶負載能力。4.最大不失輸出電壓Um:未產生截止失真和飽和失真時，最大輸出信號的正弦有效值(或峰值)。5.下限、上限截止頻率fL和fH、通頻帶BW:均為頻率響應參數,反映電路對信號頻率的適應能力,見第五章。6.最大輸出功率Pm和效率:及衡量在輸出波形基本不失真情況下負載能夠從電路獲得的最大功率,以及電源為此應提供的功率。放大電路小結四、放大電路的分析方法1.靜態(tài)分析：就是求解靜態(tài)工作點Q，在輸入信號為零時，晶體管（和場效應管）各電極間的電流與電壓就是Q點?？捎媒馕龇ɑ驁D解法求解。2.動態(tài)分析：就是求解各動態(tài)參數和分析輸出波形。通常,利用h參數等效電路計算小信號作用時的Au、Ri和Ro，利用圖解法分析UOm和失真情況。放大電路的分析應遵循“先靜態(tài)、后動態(tài)”的原則：只有靜態(tài)工作點合適,動態(tài)分析才有意義；Q點不但影響電路輸出是否失真，而且與動態(tài)參數密切相關。

放大電路小結五、晶體管（和暢效應管）放大電路晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種接法。1.共射放大電路：即有電流放大作用又有電壓放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適用于一般放大。2.共集放大電路：只放大電流不放大電壓，因輸入電阻高而常做為多級放大電路的輸入級，因輸出電阻低而常做為多級放大電路的輸出級，因電壓增益接近1而用于信號的跟隨。3.共基電路：只放大電壓不放大電流，輸入電阻小,高頻特性好,適用于寬頻帶放大電路。放大電路小結頻響小結放大器的增益與頻率有關，稱幅頻特性；放大器的相移也與頻率有關，稱相頻特性，兩者統(tǒng)稱為頻率響應。高頻響應—由晶體管的結電容引起的。低頻響應—由電路中耦合電容和旁路電容引起的分析放大器的高頻響應借助于晶體管的高頻模型即混合模型，具體分析步驟：1.畫出放大器的交流通路；2.用混合模型代替晶體管畫出放大器的高頻等效電路3.求出中頻增益4.根據高頻等效電路確定高頻極點。5.寫出高頻傳輸函數，確定高頻截頻及帶寬差分放大電路是模擬集成電路中最基本的電路形式。它的主要特點是對差模信號有很大的放大能力，對共模信號具有根強的抑制作用。差放在雙端輸出時主要是依靠電路對稱性抑制共模信號，單端輸出時主要是依靠共公發(fā)射極電阻的強負反饋作用抑制共模信號。典型差放電路主要計算公式雙端輸出差模電壓增益雙端輸出共模電壓增益雙端輸出共模抑制比差放、功放小結共模信號Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2差模信號Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2單端輸出差模電壓增益單端輸出共模電壓增益單端輸出共模抑制比輸入任意信號時可分解差模與共模信號`差放、功放小結低頻功率輸出級按功放管工作狀態(tài)分為甲類、乙類、甲乙類三種。：甲類——失真小，但效率低。乙類——效率高，但存在嚴重交越失真甲乙類——吸收了甲類和乙類的優(yōu)點，運用廣泛，但電路結構比甲類和乙類復雜甲類功放乙類功放差放、功放小結差放、功放小結功率管的選擇選擇原則如下：1）已知Pomax與RL，選擇電源UCC，則有：2）已知Pomax，選擇管子允許的最大功耗PCM，則有：3）管子的反向擊穿電壓BUCEO4）管子允許的最大集電極電流ICM復合管及應用組成復合管要遵從以下原則：（1）電流流向必須一致；（2）各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū)；（3）復合管的基極電流等于第一個管子的基極電流，因此復合管的類型與第一個管子的類型相同。復合管結構：可使等效管的電流放大系數提高；hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2復合管的電流放大系數為：復合管（a,c）的輸入電阻為復合管（b,d）的輸入電阻為hie=hie1差放、功放小結學完本章希望能夠達到以下要求:一、放大電路部分(1)掌握基本概念和定義:(2)掌握組成放大電路的原則和各種放大電路的工作原理及特點,能夠根