第8章功率放大器.ppt

1、第八章 功率放大電路,(4-2),一、功率放大電路特點(diǎn)與研究對(duì)象,1、功率放大器是一種不失真的向負(fù)載 提供足夠的輸出功率的電路,8.1 功率放大電路的一般問(wèn)題,大電壓 大電流,大信號(hào),圖解法,失 真,功 耗,(4-3),例： 擴(kuò)音系統(tǒng),2.功率放大器的作用,用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,一、功率放大電路的特點(diǎn)及研究對(duì)象,1、要求輸出功率盡可能大,5.1功率放大電路的一般問(wèn)題,2、效率要高,3、非線(xiàn)性失真要小,4、BJT的散熱問(wèn)題,(4-5),1、共發(fā)射極放大電路的效率問(wèn)題,設(shè)“Q”設(shè)置在 交流負(fù)載線(xiàn)中點(diǎn),VCC,IC,二、功率放大電路提高效

2、率的途徑,1、甲類(lèi)： 在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài),從甲類(lèi)放大電路中知道，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。,失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。,三、功率放大電路的分類(lèi),2、乙類(lèi),0,0,iC,iB=常數(shù),Q,vCE,iC,t,失真大，靜態(tài)電流為零 ，管耗小，效率高,三極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,3、甲乙類(lèi)：,0,ICQ,0,iC,iB=常數(shù),Q,vCE,iC,t,甲乙類(lèi)和乙類(lèi)放大主要用于功率放大電路中,失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率高,三極管的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)半個(gè)周期小于一個(gè)周期(介于甲類(lèi)、乙類(lèi)中間),3、甲乙類(lèi)： 三極管的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)半個(gè)周期小于一個(gè)周期 (介于甲類(lèi)、乙類(lèi)中間),功率放

3、大電路的分類(lèi),1、甲類(lèi)： 在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài),2、乙類(lèi)： 三極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,(4-10),總 結(jié),A、為了得到大的輸出功率。要求電路輸出盡可能大的電壓和電流。,B、小信號(hào)等效電路不適應(yīng)。,C、為提高效率，有源器件工作在乙類(lèi)、甲乙類(lèi)狀態(tài)，而不是甲類(lèi)狀態(tài)。,D、散熱與保護(hù)等問(wèn)題。,工作在大信號(hào)狀態(tài)。,(4-11),8.2 射極輸出器甲類(lèi)放大的實(shí)例,1. 電路組成及工作原理,(4-12),2. 功率及效率的計(jì)算(),8.3.1 電路組成,1、兩個(gè)參數(shù)、性能相同的異形管： NPN PNP 2、兩個(gè)電源連接組成,vi,8.3 乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器,基極輸入,射極輸出

4、,負(fù)載,(4-14),8.3.1 電路組成,(a) (b) (c),兩個(gè)射極輸出器組合而成,射極輸出器輸出電阻小、帶負(fù)載能力強(qiáng),8.2 乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器,(4-15),8.3 乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器,8.3.2 工作原理,(4-16),8.3.2 工作原理（設(shè)vi為正弦波）,靜態(tài)時(shí)：,vi = 0V ic1、ic2均=0 vo = 0V,動(dòng)態(tài)時(shí)：,vi 0V,T1截止，T2導(dǎo)通,vi 0V,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作。,(4-17),輸入輸入波形圖,死區(qū)電壓,(4-18),(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IB

5、Q等于零；,特點(diǎn)：,(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期 ；,(3) 存在交越失真。,(4-19),（1）最大不失真輸出功率Pomax,實(shí)際輸出功率Po,8.3.3 分析計(jì)算,(4-20),單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗,（2）管耗PT,兩管管耗,(4-21),（3）電源供給的功率PE,當(dāng),（4）效率,(4-22),管耗PC,8.3.4 三極管的最大管耗,(4-23),令,則：,時(shí)管耗最大，即：,每只管子最大管耗為 0.2Pom,8.3.4 三極管的最大管耗,(4-24),例 已知：VCC = VCC = 24 V，RL = 8 ， 忽略 VCE(sat) 求 Pom 以及此時(shí)的 PDC、PC1， 并選

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),可選：,V(BR)CEO = 60 100 V,ICM = 5 A,PCM = 10 15 W,(4-26),8.3.5 選管條件,1. PCM PT1max =0.2PoM,2,(4-27),IB=0,8.3.6 交越失真的消除,在輸出信號(hào)正、負(fù)半周交替過(guò)零處，因三極管存在開(kāi)啟電壓而形成的非線(xiàn)性失真，稱(chēng)為交越失真。,(4-28),8.3 乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器,8.

7、3.6 交越失真及其消除,給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類(lèi)。,克服交越失真思路：,(4-29),8.3.6 交越失真及其消除,(4-30),克服交越失真的電路,(4-31),8.3 甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路,vi,RL,vo,T1,T2,+Vcc,T3,Rc3,Re3,D1,D2,-Vcc,ic1,ic2,iL,利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。,8.3 甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路,利用VBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,8.3 甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路,8.4 甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(OTL),在輸入信號(hào)的負(fù)半周，經(jīng)T3倒向，VC3下降， T1截止，這時(shí)C放電，充當(dāng)電源，使

8、T2導(dǎo)通，有電流流過(guò) RL，方向?yàn)橛上孪蛏?，要求C容量足夠大，即時(shí)間常數(shù)RLC 足夠大，以保證C上電壓維持VCC/2基本不變。 單電源電路的po、pV、pT計(jì)算與雙電源相同，只不過(guò)要把原公式中的VCC換成VCC/2。,(4-35),1、基本原理,. 單電源供電；,. 輸出加有大電容。,（1）靜態(tài)分析,則 T1、T2 特性對(duì)稱(chēng)，,令：,8.4 甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(OTL),(4-36),（2）動(dòng)態(tài)分析,（電容相當(dāng)于電源）,時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；,設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào),(4-37),（3）輸出功率及效率,若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：,(4-3

9、8),三、甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路,V2,+ vo ,C,E,電容 C 的作用：,1)充當(dāng) VCC / 2 電源,2)耦合交流信號(hào),8.4 甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(OTL),帶自舉的單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,(4-40),當(dāng) vi = 0 時(shí):,當(dāng) vi 0 時(shí)：,V2 導(dǎo)通，C 放電，,V2 的等效電源電壓 0.5VCC。,當(dāng) vi 0 時(shí)：,V1導(dǎo)通，C 充電，,V1 的等效電源電壓 + 0.5VCC。,應(yīng)用 OCL 電路有關(guān)公式時(shí)，要用 VCC / 2 取代 VCC 。,(4-41),復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路,1、 復(fù)合管 復(fù)合管是由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管按一定的方式連接而成的。 復(fù)合管又

10、稱(chēng)為達(dá)林頓管。, 串接點(diǎn)的電流必須連續(xù); 并接點(diǎn)電流的方向必須保持一致。,2、組成復(fù)合管時(shí)要注意兩點(diǎn):,(4-42),復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路,1. 復(fù)合管(達(dá)林頓管),目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì),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 穿透電流泄放電阻,準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,2. 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路舉例,(4-45),RE1 、RE2 穩(wěn)定 “Q”、過(guò)流保護(hù),取值 0.1 0.5 ,V5 V7、RP 克服交越失真,R4 使 V3、V4 輸入電阻平衡,V8 構(gòu)成前置電壓放大,RB1 引入負(fù)反饋，提高穩(wěn)定性。,VE,VB8,IB8,IC8,VB3,VE,(4-46),因 PNP 管 小，采用三只管子復(fù)合而成,克服 交越 失真,(4-47),1. 功率管的工作類(lèi)型,2. OCL 和 OTL 功放電路的特性,(4-48),OCL 電路和 OTL 電路的比較,第 八 章功率放大電路,(4-49

12、),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高， 頻率響應(yīng)好，易集成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，頻率 響應(yīng)好，易集成，單電源,雙電源， 電源利用率不高,輸出需大電容， 電源利用率不高,最大輸出功率,直流電源消耗功率,效率,最大管耗,(4-50),END,(4-51),組成：,前置級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)、偏置電路,特點(diǎn)：,輸出功率大、效率高,有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù),LM384集成功放,(4-52),OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ：,(1) 恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）； (2) 偏置電路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源負(fù)載（T5）； (4) OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、 T10）； (5) 負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流