南通大学模电课件(第八章)

1、,8 功率放大电路,8.1 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,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.2 射极输出器甲类放大的实例,8.1 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,1. 功率放大电路的特点及主要研究对象,1. 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,信号的传输放大：电压、电流、功率。 功率放大放大功率，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（如运算放大器）的输出级。,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。 功率放大电路与电压放大电路的主要对比：,信号电压放大，不失真,信号功率放大，失真小,电压放大倍数、输入、输出电阻,输出功率、转换效率、非线性失真,通常在小信号工作状态,通常在大信号工作状态,小信号模型等效电路,图 解 法,1. 功率放大电路的特点及主要研究对象,(2) 要解决的问题,要求输出功率尽可能的大，并安全可靠的工作。 （因V、I幅度大，管子可能工作在接近极限状态。） 效率要高。（直流功率转换成有用功率的比例越高，对外

2、部电源的要求就低。） 非线性失真要小。（在大信号下工作，效率高和非线性失真小是一对矛盾，因此，应根据不同的场合采取不同的要求，给予合适的平衡。） 功率器件的散热问题。（三极管的散热、耐压、耐流，等等。）,2. 功率放大电路提高效率的主要途径,在电路中，电源（如VCC）以 直流功率的形式主要输出给两部分：,一部分是被转换成交流功率消耗在负载上； 另一部分消耗在电路本身管子、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。,提高效率的途径是降低工作点。, 功率放大电路的四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,乙类：导通角等于180(c),甲类：一个周期内均导通(a),甲乙类：导通角大于180(b),丙类：导通角小于180,8.2 射极输出器甲类放大的实例,简化电路,带电流源详图的电路图,特点：电压增益近似为1，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。,输出电压与输入电压的关系,设T1的饱和压VCES0.2V,vi

3、正半周时， vO正向振幅最大值,vi负半周时， vO负向振幅最大值,若T1首先截止,若T3首先出现饱和,8.2 射极输出器甲类放大的实例,8.2 射极输出器甲类放大的实例,VBIAS=0.6V,当,放大器的效率,效率低,8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,8.3.2 分析计算,8.3.1 电路组成,8.3.3 功率BJT的选择,8.3.1 电路组成,由一对NPN、PNP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OCL互补功率放大电路。,1. 电路组成,8.3.1 电路组成,2. 工作原理,当vi= 0 时，vo= 0 ；,当vi0（正半周），T1通， T2止， vo0。,当vi0（负半周），T1止，T2通， vo0。,根据电路分析可得： 输出最大不失真电压幅度： vcem= VCCvces ； 若vces0，则vcem VCC 输出最大电流幅度： icm= vcem / RL。 最大变化范围： 2icem和2vcem 。,8.3.2 分析计算,U,D,分析思路：大信号，图解法。 首先确定输出电流io和输出电压vo变化范围，然后根据定义求输出功率Po、管耗PT、电

4、源供给的功率PV以及效率。,1. 最大不失真输出功率Pomax,实际输出功率,8.3.2 分析计算,忽略VCES时,8.3.2 分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,2. 管耗PT,两管管耗,3. 电源供给的功率PV,当,4. 效率,当,8.3.2 分析计算,注：实际效率要低于78.5%，因为需要考虑VCES的因数，将使Vom不可能达到VCC 。,1. 最大管耗和最大输出功率的关系,8.3.3 功率BJT的选择,当 0.6VCC 时具有最大管耗,0.2Pom,选管依据之一,管耗是选择管子的重要依据之一，因此需要求出最大管耗。 根据求极值的方法：,结论：乙类功放电路中，在输出电压幅度为0.6VCC时，管耗最大，相当于0.2Pom。,U,D,选择BJT功率管时，应注意极限参数必须满足： 每只管的最大允许管耗必须大于PT1m=0.2Pom 。 管子的耐压V(BR)CEO应2VCC 。（因为截止管c-e两端最大时承受着约2VCC 的电压） 通过管子集电极的电流Iom=VCC / RL应 ICM。 说明：实际使用中，通常取1.52倍的裕量（因为手册中给出的极限值本身就有裕量）。,2BJT功率管的

5、选择,8.3.3 功率BJT的选择,例1工作在乙类的OCL电路如图所示。已知VCC=12V，RL=8，vi为正弦电压。 1求在Vces0 的时，电路的最大输出 功率Pomax、及此时的效率和管耗PT 。 2根据主要极限值选择管子。 3求管耗最大时的输出功率Po 。 4当=0.5时，其Po为多少？,解：（1）因Vces0，vom最大可达VCC ，,U,D,（3）因为管耗最大时Vom0.6VCC ，所以管耗最大时的输出功率为：,（4）因为,U,2根据主要极限值选择管子。 3求管耗最大时的输出功率Po 。 4当=0.5时，其Po为多少？,（2）所选功率管的最大允许管耗必须PCM必须大于PT1max0.2Pom =1.8W; 管子c-e耐压V(BR)CEO应大于2Vcc=24V； 管子的最大集电极电流ICM应大于Iomax=Vcc/RL =12/8=1.5A,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.4.2 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,8.4.1 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,解决方法：，在静态时，让管子处于一种“微”导通的状态（工作点

6、不在横轴上而是稍微上升一点“微偏置”），可减小输出信号的非线性失真。 甲乙类功放电路就是完成这种设想的电路。,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,1. 静态偏置,可克服交越失真,2. 动态工作情况,二极管等效为恒压模型,设T3已有合适 的静态工作点,交流相当于短路, 因为是“微”偏置，静态电流很小（Q点接近于横轴），所以： 主要技术指标均可按乙类互补对称功放电路的公式计算！,3构成微偏置的一些电路, 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，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）；,通过对R1或R2的调节，就可调节VCE4的大小，即调节微偏置。,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,U,D,1基本电路构成及特点,说明：,电容C主要作用是作电源用，注意：这一点非常重要！（因为C足够大，以至充放电时间常数=RLC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。）,电路接成甲乙类，但只用了一组电源VCC。 输出通过一大电容C与RL相接，通常这种电路为OTL功放电路（输出无变压器）。 2工作原理,（1）静态工作点 D1、D2导通，使电路处于微导

7、通状态。 由于有iC1=iC2，所以iL=0，vO=0，故静态时，Vk=VC= VCC / 2,静态时，电容C上电压为VCC / 2。注意：这一点也非常重要！,在电路工作时，T1 、T2管c-e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,U,D,（2）动态工作原理 在信号vi的正半周，vc3，T1截止、T2导通，VCC被T1切断，T2回路由电容C供电，与乙类T2工作时的情况一样；,在信号vi的负半周，vc3 ，T1导通、T2截止，T1回路由VCC供电， 与乙类T1工作时的情况一样。,若设Vces0，则vom最大可达到VCC / 2。,U,D,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C 作为电源使用的。在信号周期中，各管均在VCC / 2的电源下工作，即相当于电源为VCC / 2的甲乙类双电源互补对称功放电路的工作状况。,3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（即用乙类公式），但应特别注意的是：将公式中的VCC用VCC/2代替！（否则将出错）,解：(1)单电源OTL功放电路；,例：电路如图示。已知Vcc=32V，RL=16 ，VCES=1V 。求(1)试计算电路最大不失真输出时的Pom、 、PT、Pv；(2)T1、T2的极限参数PCM、ICM、V(BR)CEO 。,(2),U,D,例OCL功放电路如图所示，T1、T2特性完全对称，试回答： （1）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？ （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？ （3）设VCC=10V，R1=R3=2K，管子的VBE=0.7V，=50，PTM=200mW，静态时Vo=0，若D1、D2和R2三个元件中任何一个开路，则将会产生什么后果？,解： （1）根据功放电路的性质，OCL在静态时应使Vo=0，调整R1或R3可满足要求。因为： Vo=VCCVR1VBE1=VCCVBE1IR1 或：Vo= VBE2 +VR3+（- VCC） = -VCC+VBE2+IR3 （2）调整R2使T1、T2处于微导通。若仍有交越失真，则可调大R2。 （3）当D1、D2、R2中任一开路时，T1、T2均进入导通状态而非微导通，VCEQ=VCCVo=VCC，其理论计算的静态功耗为：,所以T1、T2管将被烧毁。,

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