功率放大器ppt课件.ppt
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1、第九章 功率放大电路资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值扩音系统扩音系统功率放大器的作用: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,以驱,以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。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。执行机构执行机构功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一、引言资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路
2、的特点及主要研究对象 功功率率放放大大电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。因因此此,要要求求同同时时输输出出较较大大的的电电压和电流。压和电流。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载,带载能力要强。一般直接驱动负载,带载能力要强。#功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗?上的区别吗?上的区别吗?上的区别吗?没有,都是能量转换。(直流电源的直流电能转化没有,都是能量转换。(直流电源的直流
3、电能转化为信号控制的交流电能)电压放大电路使负载得到尽为信号控制的交流电能)电压放大电路使负载得到尽可能大的不失真的电压信号,功率放大获得尽可能大可能大的不失真的电压信号,功率放大获得尽可能大的不失真输出功率。的不失真输出功率。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值(2)功率放大电路的特点:)功率放大电路的特点:要求输出功率尽可能大:要求输出功率尽可能大:输出信号电压和电流大,使放,使放大管工作在极限状态,因此必须保证放大管的安全工作。大管工作在极限状态,因此必须保证放大管的安全工作。要求效率高:要求效率高:
4、效率效率负载得到的有用信号功率与电源提负载得到的有用信号功率与电源提供的直流功率之比。供的直流功率之比。要求非线性失真小:要求非线性失真小:由于功率放大电路是大信号运用,由于功率放大电路是大信号运用,接近晶体管的截止区和饱和区,容易产生非线性失真。接近晶体管的截止区和饱和区,容易产生非线性失真。可见,输出功率与非线性失真是功率放大电路可见,输出功率与非线性失真是功率放大电路的一对主要矛盾。的一对主要矛盾。功放管的散热功放管的散热:有相当大的功率消耗在管子上,引起温升有相当大的功率消耗在管子上,引起温升资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这
5、部分资金就是原有资金的时间价值 三三极极管管根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内内的的导导通通情情况况,可可分为四个工作状态:分为四个工作状态:乙类:导通角等于乙类:导通角等于180180甲类:一个周期内均导通甲类:一个周期内均导通甲乙类:导通角大于甲乙类:导通角大于180180丙类:导通角小于丙类:导通角小于180180(3)功率放大电路的分类)功率放大电路的分类资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值甲甲类类放放大大:三三极极管管360导导电电。输输入入信信号号在在整整个个周周期期内内都都有有电电流流
6、流流过过放放大大器器件件。电电压压放放大大器器一一般般工工作作在在甲甲类类。电电源源始始终终不不断断输输送送功功率率,在在没没有有交交流流信信号号输输入入时时(也也意意味味着着没没有有交交流流信信号号输输出出),没没有有信信号号输输出出功功率率,电电源源提提供供的的功功率率全全部部消消耗耗在在管管子子(电电阻阻)上上(管管耗耗),并并转转化化为为热热量量散散发发出出去去;当当有有信信号号输输入入时时,其其中中有有一一部部分分转转化化为为有有用用的的信信号号输输出出功功率率。甲甲类放大的效率不高,理论上不超过类放大的效率不高,理论上不超过50%。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,
7、是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值乙乙类类放放大大:三三极极管管180导导电电。功功率率放放大大电电路路必必须须考考虑虑效效率率问问题题。静静态态电电流流是是造造成成管管耗耗的的主主要要原原因因。为为了了降降低低静静态态时时的的工工作作电电流流,三三极极管管从从甲甲类类工工作作状状态态改改为为乙乙类类工工作作状状态态。一一周周期期内内只只有有半半个个周周期期iC0。没没有有输输入入信信号号时时,信信号号输输出出功功率率为为零零,电电源源供供给给的的功功率率为为零零,管管耗耗为为零零。信信号号增增大大,电电源源供供给给的功率增大,输出功率增大。但输出出现了
8、严重的失真。的功率增大,输出功率增大。但输出出现了严重的失真。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值甲甲乙乙类类放放大大:导导通通角角大大于于180。一一周周期期内内有有半半个个周周期期以以上上iC0。降低了静态工作电流。降低了静态工作电流。电压放大电路电压放大电路BJT工作在工作在甲类,乙类和甲乙类放大甲类,乙类和甲乙类放大主要用于功率放大电路。主要用于功率放大电路。甲乙类和乙类放大虽降低了静态工作电流,但又产生了甲乙类和乙类放大虽降低了静态工作电流,但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题,乙
9、类工作状失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题,乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路或互补对称电路推挽电路或互补对称电路较较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。好地解决了乙类工作状态下的失真问题。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 1.性能指标:输出功率和效率。:输出功率和效率。若已知若已知Vom,则可得则可得Pom。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。2.分析方法:因大信号作用,故应采用图解法。:因大信号作
10、用,故应采用图解法。3.晶体管的选用:根据极限参数选择晶体管。:根据极限参数选择晶体管。在功放中,晶体管集电极或发射极电流的最大值接近在功放中,晶体管集电极或发射极电流的最大值接近最大集电极电流最大集电极电流ICM,管压降的最大值接近,管压降的最大值接近c-e反向击穿电反向击穿电压压V(BR)CEO,集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率散功率PCM。称为工作在极限状态。称为工作在极限状态。(4)研究的问题)研究的问题有效值有效值资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价
11、值 射极输出器的输射极输出器的输出电阻低,带负载能出电阻低,带负载能力强,但做功放不适力强,但做功放不适合。合。Rbvo VCCviibRE射极输出器能否做功率放大射极输出器能否做功率放大?资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值射极输出器效率的估算:射极输出器效率的估算:(设设RL=RE)votvoibQicvceVCCRbvo VCCviibRE资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值若忽略晶体管的饱和压若忽略晶体管的饱和压
12、降和截止区,输出信号降和截止区,输出信号vo的峰值最大只能为:的峰值最大只能为:vCEv vo o的取的取值范围值范围Q Qi ic cV VCCCC直流负直流负载线载线交流负交流负载线载线VCEQ=0.5VCC 静态工作点:静态工作点:为得到较大的输出信号,假设将射极输出器的静态为得到较大的输出信号,假设将射极输出器的静态工作点(工作点(Q Q)设置在负载线的中部,令信号波形正负半)设置在负载线的中部,令信号波形正负半周均不失真周均不失真 ,如下图所示。,如下图所示。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值1
13、.1.直流电源输出的功率直流电源输出的功率2.2.最大负载功率最大负载功率3.3.最大效率最大效率资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值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:采用采用推挽输出电路,推挽输出电路,或或互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。缺点:缺点:会引起截止失真。会引起截止失真。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有
14、资金的时间价值二、传统的推挽功率放大电路二、传统的推挽功率放大电路(乙类功率放大器乙类功率放大器)1、电路结构、电路结构(变压器耦合变压器耦合):T1:输入变压器;:输入变压器;T2:输出变压器;:输出变压器;VT1和和VT2:对称放大管。对称放大管。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2、工作原理:、工作原理:当当vI为正半周时:为正半周时:VT1工作在放大工作在放大 区,区,VT2工作在工作在 截止区。截止区。(推推)当当vI为负半周时:为负半周时:VT1工作在截止工作在截止 区,区,VT2工作在放大区
15、。工作在放大区。(挽挽)最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波,最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波,再通过再通过T2耦合到负载耦合到负载RL上。上。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值iC13、图解分析:图解分析:资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值4、传统的乙类推挽功率放大电路的传统的乙类推挽功率放大电路的 缺点:缺点:输入输入/输出变压器的体积大、重;输出变压器的体积大、重;因为是变压器耦合,故频带窄;因为是变压
16、器耦合,故频带窄;存在交越失真和不对称失真;存在交越失真和不对称失真;电路采用反馈时,易自激振荡。电路采用反馈时,易自激振荡。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值三、三、OTL乙类互补对称电路乙类互补对称电路1、电路结构:电路结构:VT1 和和VT2 分别由分别由 NPN和和PNP管组成,管组成,然后共同对然后共同对RL组成组成 射极输出器。射极输出器。电路只有一个电源,电路只有一个电源,NPN管由管由VCC供电,供电,PNP管管 由电容由电容C供电。供电。R1和和R2分别为两管的偏置电阻。分别为两管的偏置
17、电阻。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值2、工作原理:工作原理:静态时:静态时:合理选取合理选取R1、R2,使使 两管均微通,其发射两管均微通,其发射 极电位为极电位为VCC/2。大。大 电容电容C已充满电,已充满电,VC 也为也为VCC/2。当当vI为正半周时:为正半周时:VT1放大、放大、VT2截止截止。其正半周的信号通过其正半周的信号通过VT1管、管、C到达负载。到达负载。VT1的的 供电电压为:供电电压为:VCC-VC=VCC-VCC/2=VCC/2。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化
18、的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值 当当vI为负半周时:为负半周时:VT1截止、截止、VT2放大放大。其负半周的信号通过其负半周的信号通过 VT2管和电容管和电容C到达负到达负 载。载。VT2的供电电压的供电电压 为:为:VC=-VCC/2。VT1和和VT2各负责输各负责输 入信号半周波形的放入信号半周波形的放 大。所以在负载上大。所以在负载上iRL=iC1-iC2,合成了一个完整,合成了一个完整 的正弦波。的正弦波。资金是运动的价值,资金的价值是随时间变化而变化的,是时间的函数,随时间的推移而增值,其增值的这部分资金就是原有资金的时间价值3、讨论:
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