功率放大电路讲稿.ppt

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1、关于功率放大电路第一页，讲稿共五十四页哦例：例：扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大电路？什么是功率放大电路？在电子系统中，模拟信号被放大后，往在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。以输出较大功率以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路为目的的放大电路称为功率放大电路9.1 9.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取第二页，讲稿共五十四页哦 功功率率放放大大电

2、电路路是是一一种种以以输输出出较较大大功功率率为为目目的的的的放放大大电电路路。为了获得大的输出功率，必须使为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大输出信号电压大；输出信号电流大输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配放大电路的输出电阻与负载匹配。第三页，讲稿共五十四页哦一、功放电路的特点和要求一、功放电路的特点和要求1、输出功率尽可能大、输出功率尽可能大 在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有 过电流区过电流区 过电压区过电

3、压区 过损耗区过损耗区它们的位置如图所示。它们的位置如图所示。过电流区是由最大允许集电极电流过电流区是由最大允许集电极电流确定的，超过此值，确定的，超过此值，将明显下降。将明显下降。过电压区由过电压区由c、e间的击穿电压间的击穿电压U(BR)CEO所决定。所决定。过损耗区由集电极功耗过损耗区由集电极功耗PCM所决定。所决定。三极管的极限工作区三极管的极限工作区 第四页，讲稿共五十四页哦2、非线性失真要小、非线性失真要小3、效率要高、效率要高4、功放管散热和保护问题不可忽视、功放管散热和保护问题不可忽视5、分析方法、分析方法放大电路输出给负载的功率是由直放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的

4、，若效率不高，则能流电源提供的，若效率不高，则能量浪费，管子温度升高，减短管子量浪费，管子温度升高，减短管子的寿命的寿命第五页，讲稿共五十四页哦二、分类二、分类第六页，讲稿共五十四页哦第七页，讲稿共五十四页哦第八页，讲稿共五十四页哦甲类功放甲类功放甲类功放甲类功放：在在一个信号周期一个信号周期内都有电流流过晶体管内都有电流流过晶体管管子的导通角为管子的导通角为360o 静态电流大于静态电流大于0，管耗大，效率低，管耗大，效率低乙类乙类乙类乙类功放：功放：管子只有管子只有半个周期半个周期内导通内导通管子的导通角为管子的导通角为180o静态电流等于静态电流等于0，效率高，效率高甲乙类甲乙类甲乙类甲

5、乙类功放：功放：管子的导通时间管子的导通时间大于半个大于半个周期但是周期但是小于一个小于一个周期周期，比半个周期稍多些，比半个周期稍多些丙类丙类丙类丙类功放：管子导通时间功放：管子导通时间小于半个周期小于半个周期第九页，讲稿共五十四页哦9.2 甲类功率放大器甲类功率放大器可获得的最大交流功率为可获得的最大交流功率为R RL L选择很重要，实际选择很重要，实际R RL L都都偏小要得到合适偏小要得到合适R RL L，就需，就需要进行阻抗匹配，变压器要进行阻抗匹配，变压器可实现。可实现。直流电源提供的直流电源提供的直流功率直流功率集电极电阻集电极电阻R RC C的功的功率损耗率损耗晶体管集电极耗晶

6、体管集电极耗散功率散功率第十页，讲稿共五十四页哦变压器耦合功率放大器变压器耦合功率放大器第十一页，讲稿共五十四页哦结论：输入信号越大结论：输入信号越大,输出功率越大输出功率越大输出功率输出功率第十二页，讲稿共五十四页哦电源提供的功率电源提供的功率结论结论:有无信号时电源供给的功有无信号时电源供给的功率都相同，因此输出功率小时，率都相同，因此输出功率小时，管耗大。管耗大。无信号时无信号时:有信号时有信号时:第十三页，讲稿共五十四页哦效率效率静态时管耗最大，即静态时管耗最大，即最高效率最高效率第十四页，讲稿共五十四页哦功放管的选择功放管的选择三极管的极限工作区三极管的极限工作区 第十五页，讲稿共五

7、十四页哦小结：小结：1 1、输入信号越大，、输入信号越大，P Po o,越大。越大。2 2、P Po o越小，管耗越大，静态管耗最大，越小，管耗越大，静态管耗最大，等于电源供给功率。等于电源供给功率。3 3、甲类功放最高效率为甲类功放最高效率为50%50%。4 4、要管子安全工作的重要参数是、要管子安全工作的重要参数是P PCMCM、I ICMCM和和U U(BR)CEO(BR)CEO。5 5、效率低的主要原因是静态损耗大。、效率低的主要原因是静态损耗大。第十六页，讲稿共五十四页哦甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点：输出功率小输出功率小 静态功率大，效率低静态功率大，效率低第十

8、七页，讲稿共五十四页哦9.3 乙类功率放大器乙类功率放大器 一、电路组成一、电路组成+ui_+uo_C1C2RBRLRET+VccRsus+-bce第十八页，讲稿共五十四页哦+uo_EBRBRLRET+Vccui+-bce+-ui+uo_RBRLT+Vccbce第十九页，讲稿共五十四页哦+-ui+uo_RBRLT+Vccbce第二十页，讲稿共五十四页哦结构特点结构特点:互补对称：互补对称：电路中采用两个晶体电路中采用两个晶体管：管：NPN、PNP各一支；各一支；两管特性一致。组成两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。互补对称式射极输出器。uuVCCVCCoiLR互补推挽电路互补推挽电路互补推

9、挽电路互补推挽电路 无输出电容乙类互补功率放大电路无输出电容乙类互补功率放大电路无输出电容乙类互补功率放大电路无输出电容乙类互补功率放大电路（OCLOCLOCLOCL电路）电路）电路）电路）(P168(P168(P168(P168及及及及486)486)486)486)第二十一页，讲稿共五十四页哦二、工作原理二、工作原理（设（设u ui i为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V ic1、ic2均均=0（乙类（乙类工作状态）工作状态）uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个

10、管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR第二十二页，讲稿共五十四页哦 当输入信号处于正半周时，且当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此幅度远大于三极管的开启电压，此时时NPNNPN型三极管导电，有电流通过型三极管导电，有电流通过负载负载R RL L，按图中方向由上到下，与，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。假设正方向相同。当输入信号为负半周时，且幅度远大于三当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时极管的开启电压，此时PNPPNP型三极管导电，有型三极管导电，有电流通过负电流通过负 载载R

11、RL L，按图中方向由下到上，与，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。波形。第二十三页，讲稿共五十四页哦ui+-+VCC-VCCuo三、分析计算三、分析计算(P488)Icm2ic的最大变化范围为：的最大变化范围为：uCE的最大变化范围为：的最大变化范围为：第二十四页，讲稿共五十四页哦1、输出功率、输出功率ui+-+VCC-VCCuo第二十五页，讲稿共五十四页哦2、电源

12、功率、电源功率PV 直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率，信号越大，电流越大，电源功率也越大。信号越大，电流越大，电源功率也越大。即即PV Uom。当。当Uom趋近趋近VCC时，显然时，显然PV 近似近似与电源电压的平方成比例。与电源电压的平方成比例。第二十六页，讲稿共五十四页哦乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗3 3三极管的管耗三极管的管耗P PT T 电源输入的直流功率，有一部分通过三极电源输入的直流功率，有一部分通过三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管转换为输出功率，剩余的部分则消耗在三极管上，形成三极管的管耗。显然管上，

13、形成三极管的管耗。显然 将将PT画成曲线，画成曲线，如图所示。如图所示。第二十七页，讲稿共五十四页哦一个管子的管耗一个管子的管耗两管管耗两管管耗uuVCCVCCoiLR第二十八页，讲稿共五十四页哦三极管的最大管耗三极管的最大管耗问：问：Uom=？PT1最大最大,PT1max=？用用PT1对对Uom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出：PT1max发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：第二十九页，讲稿共五十四页哦4、效率、效率 最高效率最高效率 max第三十页，讲稿共五十四页哦选功率管的原则：选功率管的原则：1、每只管子的最大允

14、每只管子的最大允许许管耗必管耗必须须大于大于大于大于0.20.20.20.2倍倍倍倍的最大的最大输输出功率：出功率：2、三极管的极限工作区三极管的极限工作区 3、即：即：第三十一页，讲稿共五十四页哦小结小结:1 1、乙类功放两管轮流工作、乙类功放两管轮流工作2 2、3 3、第三十二页，讲稿共五十四页哦ui+-+VCC-VCCuo当当 IB=0 时时ui死区电压死区电压iL=0第三十三页，讲稿共五十四页哦 严严格格说说，输输入入信信号号很很小小时时，达达不不到到三三极极管管的的开开启启电电压压，三三极极管管不不导导电电。因因此此在在正正、负负半半周周交交替替过过零零处处会会出出现现一一些些非非线

15、线性性失失真真，这个失真称为，这个失真称为交越失真交越失真。第三十四页，讲稿共五十四页哦乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR第三十五页，讲稿共五十四页哦 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真消除交越失真的OCL电路第三十六页，讲稿共五十四页哦 静态时静态时:T1、T2两管发射结电压分别为两管发射结电压分别为二极管二极管D1、D2的正向导通压降，的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加

16、入正弦信号。正半周加入正弦信号。正半周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步提高，进基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周入良好的导通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。的导通状态。1.1.基本原理基本原理 9.4 甲乙类功率放大器电路甲乙类功率放大器电路一一.甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路电路中增加电路中增加 R1、R2、D1、D2、R3支路支路第三十七页，讲稿共五十四页哦uB1ttiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态电存在较小的静态电流流 ICQ、IBQ

17、。每管。每管导通时间大于半个周导通时间大于半个周期，基本不失真。期，基本不失真。iCQuceVCCIBQ第三十八页，讲稿共五十四页哦利用利用uBEBE扩大电路进行偏置的互补对称电路扩大电路进行偏置的互补对称电路第三十九页，讲稿共五十四页哦二、复合管互补功率放大电路二、复合管互补功率放大电路1、复合管、复合管 (P123)IBIEIC1IC2IE1=IB2推动管推动管输出管输出管IC第四十页，讲稿共五十四页哦增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合复合NPN型型复合复合P

18、NP型型第四十一页，讲稿共五十四页哦复合管的特点复合管的特点复合管的复合管的是两个管是两个管1 1、2 2的乘积。的乘积。复合管的管型取决于推动管。复合管的管型取决于推动管。使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一致。流应与推动管的输出电流一致。第四十二页，讲稿共五十四页哦2.带复合管的带复合管的OCL互补输出功放电路互补输出功放电路 T1：电压推动级（前置级）电压推动级（前置级）T2、R1、R2：UBE扩大电路扩大电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放复合管构成互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均

19、为均为NPN型晶体管，两型晶体管，两者特性容易对称。者特性容易对称。合理选择合理选择R1、R2，b3、b5间可间可得到得到 UBE2 任意倍的电压。任意倍的电压。vvLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R第四十三页，讲稿共五十四页哦9.5 9.5 甲乙类单电源功率放大器甲乙类单电源功率放大器一、单电源一、单电源OTLOTL互补功率放大电路互补功率放大电路(P485)(P485)它它由由一一对对NPNNPN、PNPPNP特特性性相相同同的的互互补补三三极极管管组组成成。这这种种电电路路也也称称为为OTLOTL互互补补功功率率放大电路。放大电路。（1 1）电路组成）电路组成第四十四页，讲稿共

20、五十四页哦（2 2）工作原理）工作原理动态时，当输入信号处于正半周时，动态时，当输入信号处于正半周时，T T1导通，导通，T2截止，截止，ie1流过负载，产生流过负载，产生uo,同时对电同时对电容充电。容充电。当输入信号为负半周时，当输入信号为负半周时，T T1截止，截止，T T2导通，电容导通，电容放电，产生电流放电，产生电流ie2通过负通过负 载载RL，按图中方向，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。由下到上，与假设正方向相反。UBUA静态时，静态时，UB=UA=VCC /2，T1、T2截止，即处截止，即处于乙类工作状态，电容两端的电压为于乙类工作状态，电容两端的电压为VCC /2/2

21、于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，导电，在负载上将正半周和负半周合成在一在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。起，得到一个完整的不失真波形。第四十五页，讲稿共五十四页哦和双和双和双和双电电电电源供源供源供源供电电电电的乙的乙的乙的乙类类类类功率放大器的功率放大器的功率放大器的功率放大器的计计计计算公式的唯一区算公式的唯一区算公式的唯一区算公式的唯一区别别别别是是是是电电电电源源源源电压电压电压电压，只要将原公式中的，只要将原公式中的，只要将原公式中的，只要将原公式中的用用用用取代即可。取代即可。取代即可。取代即可。第四

22、十六页，讲稿共五十四页哦例题：在例题：在OTL和和OCL电路中，电路中，VCC均为均为15V，RL=10,UCES=1V，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、，分别求两电路最大不失真输出时的最大输出功率、电源提供的功率、效率电源提供的功率、效率.解：在解：在OTL电路中，电路中，最大不失真最大不失真输出时最大输出功率为：输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：电源提供的功率和效率为：第四十七页，讲稿共五十四页哦在在OCL电路中，电路中，最大不失真最大不失真输出时最大输出功率为：输出时最大输出功率为：电源提供的功率和效率为：电源提供的功率和效率为：第四十八页，讲稿共五十四页哦1、结

23、构特点、结构特点.单电源供电；单电源供电；.输出加有大电容。输出加有大电容。2、基本原理、基本原理二、甲乙类单电源互补对称电路二、甲乙类单电源互补对称电路 调整调整RW阻值的大小，阻值的大小，可使可使此时电容上电压此时电容上电压+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（1）静态偏置）静态偏置第四十九页，讲稿共五十四页哦（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电源（电容起到了负电源的作用）的作用）ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO

24、第五十页，讲稿共五十四页哦3、输出功率及效率、输出功率及效率+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiOvo若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：第五十一页，讲稿共五十四页哦例题例题:如图所示电路中如图所示电路中,已知已知Vcc=15V,Vcc=15V,输入电压为正输入电压为正弦波弦波,晶体管的饱和管压降晶体管的饱和管压降V VCESCES=3V,=3V,电压放大倍数约为电压放大倍数约为1,1,负载电阻负载电阻R RL L=4=4。（1 1）求负载上可能获得的最大功率和效率；）求负载上可能获得的最大功率和效率；（2 2）若输入电压最大有效值为）若输入电压最大有效值为8V8V，则负载上能够获，则负载上能够获得的最大功率为多少？得的最大功率为多少？解：解：第五十二页，讲稿共五十四页哦（2 2）最大输出功率最大输出功率功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身功率放大电路的最大输出功率除了决定于功放自身的参数外，还与输入电压是否足够大有关。的参数外，还与输入电压是否足够大有关。第五十三页，讲稿共五十四页哦感谢大家观看第五十四页，讲稿共五十四页哦