模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)功率放大電路

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)功率放大電路§7、1概述功率放大器得用途和特點(diǎn)功放提高效率得主要途徑模擬電子設(shè)備得四大部分如圖:~電壓放大器功率放大器負(fù)載（換能器）把電能轉(zhuǎn)換為其她形式得能量為了獲得大得輸出功率,必須使:1、輸出信號(hào)電壓大;2、輸出信號(hào)電流大;3、放大電路得輸出電阻與負(fù)載匹配。高效率地向負(fù)載提供失真不大得額定功率,以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)把微弱得信號(hào)電壓放大,就是小信號(hào)放大器信號(hào)源7、1、1功率放大器得用途和特點(diǎn)對(duì)功放電路得要求1、輸出功率盡可能大2、效率高為獲得大得功率輸出,要求功放管得電壓、電流都有足夠大得輸出幅度,因此管子通常在極限狀態(tài)下工作。主要技術(shù)指標(biāo):最大輸出功率Pom。功率放大器得輸出功率就是由直流電源能量轉(zhuǎn)換得到得。其轉(zhuǎn)換能力稱為效率,即PT:耗散在管子集電極上得功率,稱管耗3、非線性失真小4、功放管得散熱問(wèn)題5、分析方法

由于功率放大器工作在大信號(hào)狀態(tài),不可避免要產(chǎn)生非線性失真。且輸出功率越大,失真越大。實(shí)際中需在獲得最大功率得同時(shí),盡可能把非線性失真限制在允許得范圍內(nèi)。

功放管在極限運(yùn)用時(shí),iC最大值接近ICM,Po接近PCM,且有相當(dāng)大功率消耗在集電結(jié)上,要考慮功放管得散熱和保護(hù)問(wèn)題。

在大信號(hào)下,小信號(hào)模型已不再適用,需采用圖解分析法。7、1、2功放提高效率得主要途徑

PT

管子在信號(hào)一周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間越短,相應(yīng)管耗越小,效率就越高。

在低頻功放電路中,按管子集電極電流流通時(shí)間得不同可分為:甲類放大乙類放大甲乙類放大甲類:Q點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)中部,整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)iC≥0甲乙類:管子在靜態(tài)時(shí)微導(dǎo)通,信號(hào)半周期以上iC≥0。乙類:Q點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)邊緣,信號(hào)半周期內(nèi)iC≥0。

最低,

≤50%。失真最小。

最高,

可接近78、5%。失真最大。

略低于乙類?！?、2互補(bǔ)推挽功率放大電路乙類互補(bǔ)推挽放大電路甲乙類互補(bǔ)推挽放大電路單電源互補(bǔ)推挽放大電路

乙類和甲乙類放大得效率較高,但波形嚴(yán)重失真。為解決效率和失真得矛盾,需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。7、2、1乙類互補(bǔ)推挽放大電路1、電路結(jié)構(gòu)T1為NPN管,與負(fù)載RL組成正向跟隨ui得射極輸出器;T2為PNP管,與負(fù)載RL組成反向跟隨ui得射極輸出器;當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí),Q？IC1=IC2=0,UCE1=UCE2=VCCuo=011大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流2、工作原理

當(dāng)ui

處于正半周時(shí),T1導(dǎo)通,T2截止,電流iC1通過(guò)負(fù)載RL。

當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí),T2導(dǎo)通,T1截止,電流iC2通過(guò)負(fù)載RL。T1、T2輪流導(dǎo)通,在負(fù)載RL上合成一個(gè)完整得不失真波形。

利用兩個(gè)特性對(duì)稱得反型BJT互相補(bǔ)足得特點(diǎn),完成推挽放大功能,故稱雙電源供電得互補(bǔ)對(duì)稱推挽功率放大器。3、主要參數(shù)估算設(shè)輸入信號(hào):ui=Uimsinωt輸出信號(hào)電壓幅值:

Uom

Uim輸出信號(hào)電流幅值:

Iom=Icm1)輸出功率PoUom

UimIom=Icm管子極限運(yùn)用時(shí),2)直流電源供給得功率Pv

互補(bǔ)推挽電路中,正、負(fù)電源在一周內(nèi)輪流供電,故電源提供得總功率為:管子極限運(yùn)用時(shí),3)效率η管子極限運(yùn)用時(shí),4)管耗PTT1、T2在信號(hào)一周內(nèi)輪流導(dǎo)通,則PT1=PT2。乙類工作時(shí),靜態(tài)管耗為零PT就是Uom得二次函數(shù)?？捎肞T對(duì)Uom求導(dǎo)得辦法求出其最大值:當(dāng)時(shí),PT取得最大值。T1、T2在信號(hào)一周內(nèi)輪流導(dǎo)通,則

PT1=PT2。PT5)功率管參數(shù)得選擇

U(BR)CEO得選擇

ICM得選擇

PCM得選擇T1導(dǎo)通T2截止時(shí),T2所承受得最大反壓為T1、T2得最大反壓為

嚴(yán)格說(shuō),輸入信號(hào)很小時(shí),達(dá)不到三極管得開啟電壓,三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過(guò)零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真,這個(gè)失真稱為交越失真。交越失真圖7、2、2甲乙類互補(bǔ)推挽放大電路1、交越失真問(wèn)題交越失真的含義tuo交越失真uit

當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí),輸出信號(hào)在過(guò)零前后出現(xiàn)得失真便為交越失真。iBiBuBEtuitUT

交越失真產(chǎn)生的原因在于晶體管特性存在非線性，

ui

<UT以前晶體管導(dǎo)通不好。克服交越失真得措施(1)、電路中增加Ｒ１、Ｄ２、Ｄ２、R2支路R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí),T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1,D2得正向?qū)▔航?致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài);

動(dòng)態(tài)時(shí)，設(shè)ui加入正弦交流信號(hào)。正半周，T2截止，T1進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周，T1截止，T2

進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。

為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合,克服交越失真,電路中得D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。(2)、UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBIUUBE

合理選擇R1、R2大小,B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)得電壓。

圖中B1、B2分別接T1、T2得基極。假設(shè)I>>IB,則2、甲乙類互補(bǔ)推挽電路

為消除交越失真,可給T1、T2一很小得偏置電壓,使其在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài),工作在甲乙類。二極管提供偏置UBE倍增電路提供偏置7、2、3單電源互補(bǔ)推挽放大電路R1、R2、Re提供合適得直流偏置,并使

當(dāng)ui≤0,T2導(dǎo)電,iC2流過(guò)RL,同時(shí)向C充電;當(dāng)ui≥0,T3導(dǎo)電,C通過(guò)RL放電。1、OTL電路(OutputTransformerLess)由于T2、T3得工作電壓均為0、5VCC,因而Po、PT、Pv等得計(jì)算,只須將乙類互補(bǔ)電路指標(biāo)計(jì)算中得VCC代之以0、5VCC即可。就可用一個(gè)電源VCC和一個(gè)電容C代替雙電源。設(shè)ui得下限頻率為fL,電容C得大小若滿足:2、帶自舉得OTL電路無(wú)C3時(shí),電路得最大輸出電壓幅度較理想時(shí)小。R3、C3為自舉電路。靜態(tài)時(shí),C3充電至當(dāng)ui≤0,T2導(dǎo)電,由于C3足夠大,UC3不變,則UK

UG

Uom+

7、2、4采用復(fù)合管得互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

復(fù)合管可由兩個(gè)或兩個(gè)以上得三極管組合而成。她們可以由相同類型得三極管組成,也可以由不同類型得三極管組成。無(wú)論由相同或不同類型得三極管組成復(fù)合管時(shí),必須:1、在前后兩個(gè)三極管得連接關(guān)系上,應(yīng)保證前級(jí)三極管得輸出電流與后級(jí)三極管得輸入電流得實(shí)際方向一致。2、外加電壓得極性應(yīng)保證前后兩個(gè)三極管均為發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,使兩管都工作在放大區(qū)。becibic

1

2晶體管得類型由復(fù)合管中得第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型becibic1、復(fù)合管得結(jié)構(gòu)與參數(shù)2、復(fù)合管組成得互補(bǔ)對(duì)稱放大電路T1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1T3VT4T3、T4很難互補(bǔ)對(duì)稱T3、T4可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)對(duì)稱VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2§7、3功率管得使用和保護(hù)1、功率管得散熱問(wèn)題功率管得集電極損耗會(huì)使管子發(fā)熱,結(jié)溫上升。當(dāng)結(jié)溫超過(guò)允許值時(shí)(鍺管約100oC,硅管約200oC)將燒壞管子。故必須給功放管加散熱片。必要時(shí)還可采用風(fēng)冷、水冷、油冷等方法來(lái)散熱。2、功率管得安全使用和保護(hù)1)安全使用

管子應(yīng)工作在安全區(qū)內(nèi),且留有充分得余量。大功率管須加散熱器以提高PCM。

避免產(chǎn)生過(guò)壓和過(guò)流。如不要將負(fù)載開路、短路或過(guò)載,不允許電源電壓有較大波動(dòng)等。2)采用適當(dāng)?shù)帽Ｗo(hù)措施

加接過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路。

在感性負(fù)載兩端并容性網(wǎng)絡(luò)。

功放管得輸入、輸出端并保護(hù)二極管或穩(wěn)壓管。

習(xí)題7-1在圖P7-1所示得互補(bǔ)對(duì)稱電路中,已知VCC=6V,RL=8?,假設(shè)三極管得飽和管壓降為UCES=1V。①試估算電路得最大輸出功率Pom;②估算電路中直流電源消耗得功率PV和效率η。解:①如果忽略UCES,則R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C1②如果忽略UCES,則如果忽略UCES,則R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C1習(xí)題7-2在圖P7-1所示電路中,①三極管得最大功耗等于多少？②流過(guò)三極管得最大集電極電流等于多少？③三極管集電極和發(fā)射極之間承受得最大電壓等于多少？④為了在負(fù)載上得到最大功率Pom,輸入端應(yīng)加上得正弦波電壓有效值大約等于多少？R1D1D2R3RLT1T2+VCC-VCCuouIR2C1解:①每個(gè)三極管得最大管耗:如果忽略UCES,則②流過(guò)三極管得最大集電極電流③三極管集電極和發(fā)射極之間承受得最大電壓:如果忽略UCES,則如果忽略UCES,則④射極輸出器,Uim≈

Uom=VCC–UCES=5V如果忽略UCES,則Uim=Uom≈VCC=6V,

Ui≈4、243V

習(xí)題7-3在圖P7-3所示得互補(bǔ)對(duì)稱電路中,已知VCC=6V,RL=8?,設(shè)三極管得UCES=1V。①估算最大輸出功率Pom;②估算直流電源消耗得功率PV和效率η

。將本題結(jié)果與習(xí)題4-1進(jìn)行比較。解:①如果忽略UCES,則R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-如果忽略UCES,則可見(jiàn),

在同樣得VCC和RL之下,OCL電路得Pom比OTL電路大得多(大致為四倍)。同時(shí)OCL電路得PV也比OTL電路大得多(也大致為四倍)。最終,兩種電路得效率基本相同。②如果忽略UCES,則R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-習(xí)題7-4在圖P7-3所示電路中,①估算三極管得最大功耗;②估算三極管得最大集電極電流;③估算三極管集電極和發(fā)射極之間承受得最大電壓;④為了在負(fù)載上得到最大功率Pom,電路輸入端應(yīng)加上得正弦電壓有效值為多少？將以上估算結(jié)果與習(xí)題4-2進(jìn)行比較。R1D1D2R3RLT1T2+VCCuouIR2C1C2+-+-解:①每個(gè)三極管得最大管耗:如果忽略UCES,則②流過(guò)三極管得最大集電極電流③三極管集電極和發(fā)射極之間承受得最大電壓:如果忽略UCES,則如果忽略UCES,則④射極輸出器,Uim≈

Uom=0、5VCC–UCES=2V如果忽略UCES,則Uim=Uom≈0、5VCC=3V,

Ui≈2、12V可見(jiàn),

在同樣得VCC和RL之下,OCL