(精品)模拟电路第7章(功率放大电路).ppt

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1、 第第7章章 功率放大电路功率放大电路1第第7章章 低频功率放大电路低频功率放大电路7.1 功率放大电路的特点及对电路的基本要求功率放大电路的特点及对电路的基本要求7.2 提高效率的主要途径提高效率的主要途径7.3 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7.4 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2例例1：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。功功率率放放大大电电压

2、压放放大大信信号号提提取取7.1 功率放大电路的特点及对电路的功率放大电路的特点及对电路的基本要求基本要求3例例2：温度控制温度控制R1-R3:标准电阻标准电阻Ua:基准电压基准电压Rt:热敏电阻热敏电阻A：电压放大器电压放大器RtTUOT 温度调节温度调节过程过程UbUO1R1aR2uoUCC+R3Rt 功功 放放b温控室温控室A+-uo1加加热热元元件件4功放电路的分类功放电路的分类1.按放大信号的频率分按放大信号的频率分低频功率放大器低频功率放大器高频功率放大器高频功率放大器2.按功放电路中晶体管的导通时间分按功放电路中晶体管的导通时间分甲类功率放大电路甲类功率放大电路乙类功率放大电路乙

3、类功率放大电路甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路51.功率放大电路的特点功率放大电路的特点电压放大电路：主要进行电压放大，工作在电压放大电路：主要进行电压放大，工作在小信号下，可用微变等效电路分析。小信号下，可用微变等效电路分析。功率放大电路：重要指标是输出功率，不是电压放大功率放大电路：重要指标是输出功率，不是电压放大倍数。研究重点：输出功率的大小，能量转换的效倍数。研究重点：输出功率的大小，能量转换的效率，非线性失真等。率，非线性失真等。功率放大电路：主要进行功率放大，工作在功率放大电路：主要进行功率放大，工作在大信号下，不能用微变等效电路分析。大信号下，不能用微变等效电路分析。只能采用

4、图解法。只能采用图解法。62.对功率放大电路的基本要求对功率放大电路的基本要求1).能提供足够的输出功率能提供足够的输出功率要求功放管的电压、电流都有足够大的输出幅度，且要求功放管的电压、电流都有足够大的输出幅度，且功率放大器应与负载阻抗匹配功率放大器应与负载阻抗匹配2).具有较高的效率（具有较高的效率（）电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。要求效率（线路上的损失。要求效率（）要高）要高.Po:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率电源提供的直流功率(静态功耗）。静态功耗）。74).良好的散

5、热和保护良好的散热和保护由于功放管工作在极限状态下，功率损耗比较大，由于功放管工作在极限状态下，功率损耗比较大，要加散热片或其它保护措施。要加散热片或其它保护措施。3).非线性失真要小非线性失真要小 由于功放电流、电压信号比较大，不能用微变由于功放电流、电压信号比较大，不能用微变等效电路分析，需用图解法。还必须注意防止等效电路分析，需用图解法。还必须注意防止波形失真。波形失真。81.提高电源电压提高电源电压3.改善器件的散热条件改善器件的散热条件提高效率的方法提高效率的方法2.改变功放管的工作状态改变功放管的工作状态7.2 提高效率的主要途径提高效率的主要途径91.甲类功率放大电路甲类功率放大

6、电路tQiCuceUCCicooPE：(静态功耗）。静态功耗）。特点：静态工作点居中，管子导电角特点：静态工作点居中，管子导电角360，输输出波出波形不失真。形不失真。缺点：缺点：输输出出电电流小，管子静流小，管子静态态功耗大，效率低。功耗大，效率低。102.乙类功率放大电路乙类功率放大电路特点：静态工作点位于负载线下端，管子导电角特点：静态工作点位于负载线下端，管子导电角180，输输出波形失真。出波形失真。优点：优点：输输出出电电流大，管子静流大，管子静态态功耗小，效率高。功耗小，效率高。tQiCuceicoo113.甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路特点：静态工作点位略高于乙类，管子导电

7、角大于特点：静态工作点位略高于乙类，管子导电角大于180，输输出波形失真。出波形失真。优点：优点：输输出出电电流大，管子静流大，管子静态态功耗小，效率高。功耗小，效率高。tQiCuceicoo12不合适，因为不合适，因为效率太低效率太低。uotuo射极输出器输出电阻低，带负载射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论问题讨论:ibRbuoUCCuiRe估算射极输出器的效率估算射极输出器的效率：QicuceUCC(设设RL=Re)13为使输出信号的幅值尽可能大为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真要保证不失真)，静静态工作点（态工作点（Q）设

8、置较高（靠近负载线的中部）。设置较高（靠近负载线的中部）。若忽略晶体管的饱和压若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：的峰值最大只能为：uo的取的取值范围值范围QIcuCEUCC直流负直流负载线载线交流负交流负载线载线UCEQ=0.5UCC 静态工作点：静态工作点：14放大电路的输出没有失真的工作方式称为放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大甲类放大。1.直流电源输出的功率直流电源输出的功率2.最大负载功率最大负载功率3.最大效率最大效率(RL=Re时时)15如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。既降低既降低Q

9、点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推推挽输出电路，挽输出电路，或或互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。缺点：缺点：但又会引起截止失真。但又会引起截止失真。16 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：7.3 乙类双电源互补对称功率

10、放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路17（设（设ui为正弦波）为正弦波）电路的结构特点：电路的结构特点：1）.由由NPN型、型、PNP型型三极管构成两个对称的三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。射极输出器对接而成。2）.双电源供电。双电源供电。3）.输入输出端不加隔直电容。输入输出端不加隔直电容。7.3.1电路组成及工作原理电路组成及工作原理uiUCCT1T2uo+UCCRLiL+18ic1ic2动态分析：动态分析：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、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工

11、作的方式，称为式，称为乙类放大乙类放大。因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。静态分析静态分析：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo=0VuiUCCT1T2uo+UCCRLiL+197.3.2分析计算分析计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导导通时均能饱和，此时输出达到最大值。通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax1.输出功率输出功率PoiL-UCCRLuiT1T2UL+UCC若忽略饱和压降，若忽略饱和压降，20 每个电源中的电流为半个正弦每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功

12、率为：tic12.电源提供的功率电源提供的功率PE当信号足当信号足够够大大时时，效率效率最高，最高，此此时时，Uom UCC3.能量转换效率能量转换效率21ULmax4.管子耗散功率管子耗散功率PTiL-UCCRLuiT1T2UL+UCC选择选择功率管原功率管原则则：因因为为每管只工作半周期每管只工作半周期当当时时，管耗最大，管耗最大22(2)共集电极放大电路，共集电极放大电路，（设（设ui为正弦波）为正弦波）例例7.3.1图示电路图示电路uiUCCT1T2uo+UCCRLiL+(1)设设，求，求和和(2)当当，求，求和和解解:(1)忽略饱和压降，忽略饱和压降，23乙类放大的输入输出波形关系乙

13、类放大的输入输出波形关系:ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL交越失真交越失真死区电压死区电压uiuououotttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真。为交越失真。乙类放大存在的问题乙类放大存在的问题交越失真交越失真24ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。乙类放大的特点：乙类放大的特点：25乙类功放产生交越失真的原因：乙类功放产生交越失真的原因：在于晶体管在于晶

14、体管特性存在非线性，特性存在非线性，ui uT时晶体管截止。时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT7.4 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26克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：增加增加 R1、D1、D2、R2支路。支路。R1D1D2R2+UCC-UCCULuiiLRLT1T2 静态时静态时:T1、T2两管发射结电两管发射结电位分别为二极管位分别为二极管D1、D2的正的正向导通压降，致使两管均处向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；于微弱导通状态；两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大甲乙类放大”。动态时

15、：动态时：设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周正半周 T2 截止截止，T1 基极电位基极电位进一步提高，进入良好的导进一步提高，进入良好的导通状态；负半周通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步提高，进入基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。良好的导通状态。27T1、T2 互补对称，互补对称，T3（甲类放大）（甲类放大）7.4.1甲乙类双电源互补对称功率放大电路甲乙类双电源互补对称功率放大电路静态：静态：D1、D2为为T1、T2提供偏压使提供偏压使其微导通。其微导通。信号输入时，信号输入时，T1、T2导通时间大于导通时间大于半个周期，基本不失真。半个周期，基本不失真。Rc

16、D1D2+UCC-UCCuouiioRLT1T2Re+_+T3电路图电路图基本分析：基本分析：28iotoRcD1D2+UCC-UCCuouiioRLT1T2Re+_+T3输出波形：输出波形：uittouEBiB2uituBEiB1ic1ic2ooooo297.4.2 单电源互补对称功放电路单电源互补对称功放电路(OTL电路电路)特点特点1.单电源供电单电源供电2.输出加有大电容输出加有大电容(取代负电源）取代负电源）静态分析静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，令：令：0.5UCCRLuiT1T2+UCCCAUL+-UC30动态分析动态分析设输入端在设输入端在 0.5UCC 直流电平

17、直流电平基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，若输出电容足够大，UC基本基本保持在保持在0.5UCC，负载上得到的负载上得到的交流信号正负半周对称，但存交流信号正负半周对称，但存在交越失真。在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+UCCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。0.5UCCuit31输出功率及效率输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：uLULmaxuitt（将双电源计算公式中的（将双电源计算公式中的UCC用用 1/2 UCC代替

18、即可代替即可)。32具有推动级的单电源功放电路具有推动级的单电源功放电路调节调节R1、R2,使静使静态态UAQ=0.5UCCD1、D2使使b1和和b2之间的之间的电位差等于电位差等于2个二极管正个二极管正向压降，克服交越失真。向压降，克服交越失真。D1D2ui+UCCRLT1T2T3CRcReb1b2AR1R2C1+_uo（计算时将双电源计算公式中的（计算时将双电源计算公式中的UCC用用 1/2 UCC代替代替即可即可)。33构造复合管的目的是：构造复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：7

19、.4.3 复合管复合管34becibic 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。方式二：方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：后晶体管的性能确定均如下：35由复合管组成的准互补对称功放电路由复合管组成的准互补对称功放电路 T5：电压推动级电压推动级 T1、T3、T2、T4：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级中的输出级中的T2、T4不都是不都是PNP型晶体管，两者特性容型晶体管，两者特性容易对称。易对称。+UCC-UEERLuiT1T2T3uoRbRcR1D1D2T4T536第第7 7章作业章作业:7.47.4，7.57.5，7.77.737