《模擬電路》第4章：功率電子電路.-課件

4.1概述4.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率擴(kuò)展電路4.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率擴(kuò)展電路*4.4集成功率擴(kuò)展器第四章功率電子電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率擴(kuò)展器？在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被擴(kuò)展后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載必需要的功率很大。能輸出較大功率的擴(kuò)展器稱為功率擴(kuò)展器4.1概述功率放大電壓放大信號(hào)提取一.功放電路的特點(diǎn)〔2〕功放電路中電流、電壓要求都比較大，必需注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEM〔1〕輸出功率Po盡可能大Icuce(3)電流、電壓信號(hào)比較大，必需注意防止波形失真。(4)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提升電路的效率〔〕。Po:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率?！?〕功放管散熱和保護(hù)問題二.甲類功率擴(kuò)展器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ〔當(dāng)輸入信號(hào)Ui時(shí)〕輸出功率:要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必需使Vom和Iom都要大。最大輸出功率:MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率擴(kuò)展器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低三.BJT的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°動(dòng)畫演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC一.結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采納兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。4.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率擴(kuò)展電路二、工作原理〔設(shè)ui為正弦波〕ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0Vic1、ic2均=0〔乙類工作狀態(tài)〕uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真輸出功率PomaxPo三、分析計(jì)算動(dòng)畫演示一個(gè)管子的管耗PT兩管管耗PE當(dāng)

最高效率

max四．三極管的最大管耗

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在UomVCC處。將UomVCC代入PT1表達(dá)式：選功率管的原則：1.PCM

PT1maxoM2．tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提升，進(jìn)入合格的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入合格的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R1、D1、D2、R2支路

4.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率擴(kuò)展電路一.甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真

動(dòng)畫演示〔甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的計(jì)算同乙類〕3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)展電流的驅(qū)動(dòng)能力。

1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型4.帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：T1：電壓推動(dòng)級(jí)〔前置級(jí)〕T2、R1、R2：UBE擴(kuò)展電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功放

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容?！?〕靜態(tài)偏置二.甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路

調(diào)整RW阻值的大小，可使此時(shí)電容上電壓〔2〕動(dòng)態(tài)分析〔電容起到了負(fù)電源的作用〕Ui負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；Ui正半周時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。動(dòng)畫演示〔3〕輸出功率及效率假設(shè)忽略交越失真的影響。則：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。2.帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時(shí)C1充電后，其兩端有一固定電壓動(dòng)態(tài)時(shí)由于C1很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高。確保輸出幅度達(dá)到VCC/2。C1、R7為自舉電路3.帶運(yùn)放前置擴(kuò)展級(jí)的功率擴(kuò)展電路運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置擴(kuò)展級(jí)。引入了電壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓擴(kuò)展倍數(shù)：總結(jié)：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型雙電源電路又稱OCL電路（無輸出電容）單電源電路又稱OTL電路（無輸出變壓器）4.4集成功率擴(kuò)展器集成功率擴(kuò)展器DG4100簡(jiǎn)介：集成功放DG4100的外部接線圖：1．功率擴(kuò)展器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在同意的失真條件下，盡可能提升輸出功率和效率。2．為了提升效率，在功率擴(kuò)展器中，BJT常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率擴(kuò)展器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到78.5％。3．互補(bǔ)對(duì)稱功率擴(kuò)展器的幾種主要結(jié)構(gòu)：OCL〔雙電源〕——乙類