模拟电路第八章 功率放大电路.ppt

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1、第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路8.4 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路8.5 集成功率放大器集成功率放大器8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象第八章第八章 功率放大电路功率放大电路1.功率放大电路的特点及主要研

2、究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点信号的传输放大：电压、电流、功率。信号的传输放大：电压、电流、功率。功率放大功率放大放大功率，以推动一定的负载（如扬声器、打字放大功率，以推动一定的负载（如扬声器、打字机、继电器、电动机等等），通常作为多级放大器或功能器件机、继电器、电动机等等），通常作为多级放大器或功能器件（如运算放大器）的输出级。（如运算放大器）的输出级。注：注：注：注：功率放大电路是对交流信号的功率放大，实质是能量的转换。功率放大电路是对交流信号的功率放大，实质是能量的转换。功率放大电路与电压放大电路的主要对比：功率放大电路与电压放大

3、电路的主要对比：对对输出信号输出信号要要 求求主要技术指标主要技术指标电路工作状态电路工作状态主主 要要 分分 析析方方 法法电压放大电路电压放大电路功率放大电路功率放大电路信号电压放信号电压放大，不失真大，不失真信号功率放信号功率放大，失真小大，失真小电压放大倍数、电压放大倍数、输入、输出电阻输入、输出电阻输出功率、转换效输出功率、转换效率、非线性失真率、非线性失真通常在小信号通常在小信号工作状态工作状态通常在大信号通常在大信号工作状态工作状态小信号模型小信号模型等效电路等效电路图图 解解 法法第八章第八章 功率放大电路功率放大电路1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要

4、研究对象(2)要解决的问题要解决的问题 要要求求输输出出功功率率尽尽可可能能的的大大，并并安安全全可可靠靠的的工工作作。（因因V、I幅度大，管子可能工作在接近极限状态。）幅度大，管子可能工作在接近极限状态。）效效率率要要高高。（直直流流功功率率转转换换成成有有用用功功率率的的比比例例越越高高，对外部电源的要求就低，）对外部电源的要求就低，）非非线线性性失失真真要要小小。（在在大大信信号号下下工工作作，效效率率高高和和非非线线性性失失真真小小是是一一对对矛矛盾盾，因因此此，应应根根据据不不同同的的场场合合采采取取不不同的要求，给予合适的平衡。）同的要求，给予合适的平衡。）功功率率器器件件的的散散

5、热热问问题题。（三三极极管管的的散散热热、耐耐压压、耐耐流流，等等。）等等。）第八章第八章 功率放大电路功率放大电路2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径在电路中，电源（如在电路中，电源（如VCC）以以 直流功率的形式主要输出给两部分：直流功率的形式主要输出给两部分：一部分是被转换的交流功率消耗在负载上；一部分是被转换的交流功率消耗在负载上；另一部分消耗在电路本身另一部分消耗在电路本身管子、电阻等，尤其是管耗。管子、电阻等，尤其是管耗。在电压放大电路中，为保证电路不失真的传输放大信号，工作在电压放大电路中，为保证电路不失真的传输放大信号，工作点一般置于交流负载线的中点

6、，这就使得电路在信号为零时（此时点一般置于交流负载线的中点，这就使得电路在信号为零时（此时输出的交流功率为零），仍然存在管耗，显然，效率不高。输出的交流功率为零），仍然存在管耗，显然，效率不高。提高效率的途径是降低工作点提高效率的途径是降低工作点。第八章第八章 功率放大电路功率放大电路 功率放大电路的四种工作状态功率放大电路的四种工作状态 根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内三极管的导通情况划分内三极管的导通情况划分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于180第八章第八章

7、 功率放大电路功率放大电路8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例简化电路简化电路带电流源详图的电路图带电流源详图的电路图 特点：特点：电压增益近似为电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功率，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。增益，输出电阻小，带负载能力强。第八章第八章 功率放大电路功率放大电路电压与输入电压的关系电压与输入电压的关系 设设T1的饱和压的饱和压VCES0.2V vi正半周时，正半周时，vO正向振幅最大值正向振幅最大值 vi负半周时，负半周时，vO负向振幅最大值负向振幅最大值 若若T1首先截止首先截止 若若T3首先出现饱和首先出

8、现饱和 8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.3 乙类双电源互补对称乙类双电源互补对称功率放大电路功率放大电路8.3.2 分析计算分析计算8.3.1 电路组成电路组成8.3.3 功率功率BJT的选择的选择第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.3.1 电路组成电路组成 由一对由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。互补功率放大电路。1.电路组成电路组成tvo0vit0第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8

9、.3.1 电路组成电路组成2.工作原理工作原理tvo0vit0当当vi=0 时，时，vo=0；当当vi0（正半周），正半周），T1通，通，T2止，止，vo0。当当vi0（负半周），负半周），T1止，止，T2通，通，vo2VCC。（。（因为截止管因为截止管c-e两两端最大时承受着约端最大时承受着约2VCC 的电压）的电压）通过管子集电极的电流通过管子集电极的电流Iom=VCC/RL应应 ICM。说明：说明：实际使用中，通常取实际使用中，通常取1.52倍倍的裕量（因为手册中的裕量（因为手册中给出的极限值本身就有裕量）。给出的极限值本身就有裕量）。2 2BJTBJT功率管的选择功率管的选择8.3.3

10、 功率功率BJT的选择的选择第八章第八章 功率放大电路功率放大电路功率与输出幅功率与输出幅度的关系度的关系8.3.3 功率功率BJT的选择的选择第八章第八章 功率放大电路功率放大电路例例1 1工作在乙类的工作在乙类的OCLOCL电路如图所示。已知电路如图所示。已知VCC=12V，RL=8，vi为为正弦电压。正弦电压。1 1求在求在Vces0 的时，电路的最大输出的时，电路的最大输出 功率功率Pomax、及此时的效率及此时的效率和管耗和管耗PT。2 2根据主要极限值选择管子。根据主要极限值选择管子。3 3求管耗最大时的输出功率求管耗最大时的输出功率Po。4 4当当=0.5时，其时，其Po为多少？

11、为多少？解：（1 1）因）因V Vcesces00，v vomom最大可达最大可达V VCCCC ，UDPv第八章第八章 功率放大电路功率放大电路（3 3）因为管耗最大时）因为管耗最大时Vom0.6VCC，所以管耗最大时的输出功率为：所以管耗最大时的输出功率为：（4）因为在）因为在 时时，U2根据主要极限值选择管子。根据主要极限值选择管子。3 3求管耗最大时的输出功率求管耗最大时的输出功率Po。4 4当当=0.5时，其时，其Po为多少？为多少？（2 2）所选功率管的最大允许管耗必须）所选功率管的最大允许管耗必须PCM必须大于必须大于PT1max0.2Pom=1.8W;管子管子c-e耐压耐压V(

12、BR)CEO应大于应大于2Vcc=24V；管子的最大集电极电流管子的最大集电极电流ICM应大于应大于Iomax=Vcc/RL=12/8=1.5A第八章第八章 功率放大电路功率放大电路作业：作业：8.3.38.3.4第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.4 甲乙类互补对称功率甲乙类互补对称功率放大电路放大电路8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题解决方法：解决方法

13、：，在静态时，让管子处于一种，在静态时，让管子处于一种“微微”导通的状态（工作导通的状态（工作点不在横轴上而是稍微上升一点点不在横轴上而是稍微上升一点“微偏置微偏置”），可减小输出信），可减小输出信号的非线性失真。号的非线性失真。甲乙类功放电路就是完成这种设想的电路。甲乙类功放电路就是完成这种设想的电路。第八章第八章 功率放大电路功率放大电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路1.静态偏置静态偏置可克服交越失真可克服交越失真2.动态工作情况动态工作情况二极管等效为恒压模型二极管等效为恒压模型设设T3已有合适已有合适的静态工作点的静态工作点交流相当于短路交流相当于短路 因

14、为是因为是“微微”偏置，静态电流很小（偏置，静态电流很小（Q点接近于横轴），所以：点接近于横轴），所以：主要技术指标均可按主要技术指标均可按乙类乙类互补对称功放电路的公式计算！互补对称功放电路的公式计算！第八章第八章 功率放大电路功率放大电路D1D2T4R1R23 3构成微偏置的一些电路构成微偏置的一些电路RLK+VCCvo-VCCviT1T2Rc3T3Re3D1D2RW 还可用一个三极管扩大电路：还可用一个三极管扩大电路：除了以上串联两个二极管的方式外，除了以上串联两个二极管的方式外，一般用（两个或一个）二极管加上一个一般用（两个或一个）二极管加上一个小电阻或电位器（以便调节）小电阻或电位器

15、（以便调节）；通过对通过对R1或或R2的调节，就可调节的调节，就可调节VCE4的大小，即调节微偏置。的大小，即调节微偏置。8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路第八章第八章 功率放大电路功率放大电路UD1基本电路构成及特点基本电路构成及特点说明：说明：电容电容C C主要作用是作电源用，主要作用是作电源用，注意：这一点非常重要！注意：这一点非常重要！注意：这一点非常重要！注意：这一点非常重要！（因（因为为C足够大，以至充放电时间常数足够大，以至充放电时间常数=RLC比信号周期长得多，比信号周期长得多，所以交流信号引起的充放电可忽略不计。）所以交流信号引起的充放电可忽略不计。

16、）电路接成甲乙类，但只用了一组电源电路接成甲乙类，但只用了一组电源VCC。输出通过一大电容输出通过一大电容C C与与RL相接相接，通常这种电，通常这种电路为路为OTL功放电路（输出无变压器）。功放电路（输出无变压器）。2工作原理工作原理（1）静态工作点静态工作点D1、D2导通，使电路处于微导通状态。导通，使电路处于微导通状态。由于有由于有iC1=iC2，所以，所以iL=0，vO=0，故静态，故静态时，时，Vk=VC=VCC/2viRLK+VCCvoT1T2Rc3T3Re3D1D2CiC1iC2iL 静态时，静态时，电容电容C上电压为上电压为VCC/2。注意：这一点也非常重要！注意：这一点也非常

17、重要！注意：这一点也非常重要！注意：这一点也非常重要！在信号工作时，在信号工作时，T1、T2管管c-e的最大端电压均为的最大端电压均为VCC/2。8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路第八章第八章 功率放大电路功率放大电路UD（2）动态工作原理动态工作原理 在信号在信号vi的正半周，的正半周，vc3，T1截止、截止、T2导通，导通，VCC被被T1切断，切断，T2回路由电容回路由电容C供电，供电，与甲乙与甲乙类双电源类双电源T2工作时的情况一样；工作时的情况一样；在信号在信号vi的负半周，的负半周，vc3 ，T1导通、导通、T2截止，截止，T1回路由回路由VCC供电，供电，

18、这这与甲乙类双电源与甲乙类双电源T1工作时的情况一样。工作时的情况一样。voRLT2KCVi正半周+VCCvoRLT1KCVi负半周若设若设Vces0，则，则vom最大可达到最大可达到VCC/2。viRLK+VCCvoT1T2Rc3T3Re3D1D2CiC1iC2iL第八章第八章 功率放大电路功率放大电路UD 综上分析可知：综上分析可知：综上分析可知：综上分析可知：甲乙类单电源互补对称功放电路实际上是将电容甲乙类单电源互补对称功放电路实际上是将电容C 作为电源使作为电源使用的。在信号周期中，各管均在用的。在信号周期中，各管均在VCC/2的电源下工作，即相当于的电源下工作，即相当于电电源为源为V

19、CC/2的甲乙类双电源互补对称功放电路的甲乙类双电源互补对称功放电路的工作状况。的工作状况。3计算主要技术指标计算主要技术指标 完全按照甲乙类双电源互补对称功放电路的公式计算（即用乙类完全按照甲乙类双电源互补对称功放电路的公式计算（即用乙类公式），公式），但应特别注意的是：但应特别注意的是：但应特别注意的是：但应特别注意的是：将公式中的将公式中的VCC用用VCC/2代替！代替！（否则（否则将出错）将出错）第八章第八章 功率放大电路功率放大电路解：解：(1)(1)单电源单电源OTLOTL功放电路；功放电路；Vcc 2=16V，Vom=Vcc 2 VCES=161=15V Pom=Vom2 2RL

20、=152(2 16)=7.03W Pv=2(Vcc 2)Vom(RL)=2 16 15/(3.14 16)=9 9.55W PT=Pv Pom=9 9.55 7.03=2.52W =Pom Pv=7.03 9 9.55=73.6%(2)(2)PCM 0.2 Pom=0.2 7.03=1.4W ICM Vom RL=15 16 0.94A V(BR)CEO 2(Vcc 2)=32V+VCCvoRLviT1T2R3R1D1D2R2例：例：电路如图示。已知电路如图示。已知Vcc=32V，RL=16 ，VCES=1V 。求。求(1)(1)试计算电路最大不失真输出试计算电路最大不失真输出时的时的PomP

21、om、P PT T、PvPv；(2)(2)T1T1、T2T2的极限参的极限参数数PCM、ICM、V(BR)CEO 。+VCCvoRL-VCCviT1T2R3R1D1D2R2第八章第八章 功率放大电路功率放大电路UD例例OCL功放电路如图所示，功放电路如图所示，T1、T2特性完全对称，试回答：特性完全对称，试回答：（1）静态时输出电压）静态时输出电压Vo应是多少？调整哪个电阻能满足这一要求？应是多少？调整哪个电阻能满足这一要求？（2）若动态时输出电压波形出现交越失真，则调整哪个电阻可消除？如何调整）若动态时输出电压波形出现交越失真，则调整哪个电阻可消除？如何调整？（3）设）设VCC=10V，R1

22、=R3=2K，管子的管子的VBE=0.7V，=50，PCM=200mW，静态时静态时Vo=0，若，若D1、D2和和R2三个元件中任何一个开路，则将会产生什么后果？三个元件中任何一个开路，则将会产生什么后果？+VCCvoRL-VCCviT1T2R3R1D1D2R2解：解：（1）根据功放电路的性质，）根据功放电路的性质，OCL在静态时应使在静态时应使Vo=0，调整调整R1或或R3可满足要求。因为：可满足要求。因为：Vo=VCCVR1VBE1=VCCVBE1IR1或：或：Vo=VBE2+VR3+（-VCC）=-VCC+VBE2+IR3（2）调整调整R2使使T1、T2处于微导通。若仍有交越失真，处于微导通。若仍有交越失真，则可调大则可调大R2。（3）当）当D1、D2、R2中任一开路时，中任一开路时，T1、T2均进入导通均进入导通状态而非微导通，状态而非微导通，VCEQ=VCCVo=VCC，其理论计其理论计算的静态功耗为：算的静态功耗为：所以所以T1、T2管将被烧毁。管将被烧毁。第八章第八章 功率放大电路功率放大电路作业：作业：8.4.3 8.4.4 8.4.5U