《模拟电子技术基础》ch课件.ppt

,7.1 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,例：扩音系统,什么是功率放大器？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、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。,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,1.主要技术指标,最大输出功率Pom,最大输出功率：在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。,（交流功率，电压和电流均为有效值）,（交流功率，电压和电流均为峰值）,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。由于信号大，功率放大电路工作的动态范围大。必须注意防止波形失真（非线性失真要小）。,转换效率：输出功率与电源提供的功率之比。,电源提供的功率电源电压电源输出电流平均值（直流功率）。,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Po:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。,2.功率放大电路中的晶体管,在功率放大电路中，为使输出功率尽可能的大，电路中的晶体管一都工作在极限状态，工作时的参数均接近极限参数。因此，在选择晶体管时，要特别注意极限参数的选择。,3.功率放大电路的分析方法图解法,1.功率放大电路的特点及主要研究对象,放大电路的工作状态,根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情况，可将放大电路分为下列四种状态：,1 甲类工作状态,工作点Q处于放大区负载线的中间，晶体管在输入信号的整个周期都导通。静态IC较大，波形好。,因为不论有无输入信号，晶体总是处于导通状态，电源要始终不断的输送功率，PEUCCICQ。所以效率很低，50，理想情况下达到50。,2.功率放大电路提高效率的主要途径,2 甲乙类工作状态,工作点Q处于放大区偏下的位置，靠近截至区，晶体管在输入信号的半个周期以上都导通。静态IC较小。,因为静态IC较小，管耗较低，所以效率较高，但输出波形被切调一部分出现严重失真。,3 乙类工作状态,工作点Q处于截至区，晶体管在输入信号的一个周期内，只有半个周期导通。静态IC0。管耗更低，效率更高，但波形被切掉一半，严重失真。,动画演示,2.功率放大电路提高效率的主要途径,4 丙类：导通角小于180,1.共射极电路,直流电流源提供的功率：（ABCO面积）,RL获得的最大功率：（阴影QDE面积）,特点：放大器效率低，负载电阻越小，效率越低。RC和晶体管集电极同时消耗功率。不适合作功率放大。,7.2 甲类放大的实例,7.2 甲类放大的实例,简化电路,带电流源详图的电路图,2.共集电极电路,电压与输入电压的关系,设T1的饱和电压VCES0.2V,vO正向振幅最大值,vO负向振幅最大值,若T1首先截止,若T3首先出现饱和,7.2 射极输出器甲类放大的实例,7.2 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,如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,缺点：但又会引起截止失真。,7.2 甲类放大的实例,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。,类型：,互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(Output Transformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(Output Capacitorless)电路，简称OCL电路。OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。,7.2 甲类放大的实例,7.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,7.3.2 分析计算,7.3.1 电路组成,7.3.3 功率BJT的选择,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（Output Capacitorless)互补对称功率放大电路。,一.电路组成,7.3.1 电路组成,1、静态：电路上下对称，所以 vi、vo 静态为0。2、动态（加入正弦信号）：vi 0时，T1导通，T2 截止，输出vi 正半周；,7.3.1 电路组成,动画演示,二.工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。,vi 0时，T1截止，T2导通，输出vi负半周。三极管工作在乙类状态,7.3.2 分析计算,图解分析,7.3.2 分析计算,1.最大不失真输出功率Pomax,实际输出功率,忽略VCES时,动画,7.3.2 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,7.3.2 分析计算,3.电源供给的功率PV,当,4.效率,当,1.最大管耗和最大输出功率的关系,因为,7.3.3 功率BJT的选择,当 0.6VCC 时具有最大管耗,0.2Pom,选管依据之一,7.3.3 功率BJT的选择,功率与输出幅度的关系,7.3.3 功率BJT的选择,2.功率BJT的选择,每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于0.2POM。,当T2导通时,-vCE20,vCE1具有最大值,且等于2VCC.因此选用|V(BR)CEO|2VCC的功率管。,通过功率BJT的最大集电极电流为VCC/RL，因此选功率BJT的ICM一般不宜低于此值。,练习1：,1.电路如图所示。管子T1、T2在输入信号vi的作用下,一周期内轮流导电约180度，电源电压Vcc=20V，负载RL=8，|VCES|=1V，试计算：,在输入信号vi10V(有效值)时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给功率和电路的效率。(2)求电路的最大输出功率和效率。,7.4 甲乙类互补对称功率放大电路,甲乙类单电源互补对称电路,7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,7.4.1 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,采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。,严格说，乙类放大输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。,交越失真波形,7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,克服交越失真的措施,静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态。,动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,1.基本原理,7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,7.4.1 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,2.带前置放大级的功率放大器,克服交越失真,7.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,VBE4可认为是定值,R1、R2不变时，VCE4也是定值，可看作是一个直流电源。,3.偏置电压可调的功率放大器,1、特点,(2)单电源供电；,(3)输出加有大电容。,2、静态分析,T1、T2 特性对称，,(1)两个BJT均接成射级输出器的形式；,7.4.2 乙类单电源互补对称电路,一、单电源互补功率放大电路（无输出变压器(OTL)）,3.动态分析,设输入端在 0.5UCC 直流电基础上加入正弦信号。,电容相当于电源，若输出电容足够大，UC基本保持在0.5UCC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,当 时，T1导通、T2截止；,当 时，T1截止、T2导通。,两个晶体管都只在半个周期内工作，称为乙类放大。,7.4.2 乙类单电源互补对称电路,7.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使VKVCVCC/2（电容C充电达到稳态）。,当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电,正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。,只要满足RLC T信，电容C就可充当原来的VCC。,计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。,1、实际电路1,7.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,（1）静态偏置,（2）动态工作情况,调整R1、R2阻值的大小，可使,此时电容上电压,此电路存在的问题：,输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。,2、实际电路2推动互补对称电路,推动互补对称电路,3、实际电路3 带自举电路的单电源功放,静态时,C3充电后，其两端有一固定电压,动态时,由于C3很大，两端电压基本不变，使D点电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2,这种工作方式称为自举。,甲乙类单电源互补对称电路,解:电压并联负反馈。,（1）静态电流Ic1、Ic2；（2）按深度反馈计算电压放大倍数；（3）计算最大不失真的输出电压峰值和输入电压峰值；（4）计算不失真最大输出功率和效率。,已知图示电路中各三极管的均为60，VBE均为0.7v，饱和压降VCES均为2V，二极管的导通压降为0.7v，Vcc24v.求,练习2：,电路如图所示，已知T1和T2的饱和管压降VCES2V，直流功耗可忽略不计。,（3）设最大输入电压的有效值为1V。为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V，电阻R6至少应取多少千欧？,练习3：,（1）R3、R4和T3的作用是什么？,（2）负载上可能获得的最大输出功率Pom和电路的转换效率各为多少？,练习4：,已知T2和T4管的饱和管压降VCES2V，静态时电源电流可忽略不计。(1)试问负载上可能获得的最大输出功率Pom和效率各为多少？(2)为了稳定输出电压，减小非线性失真，请通过电阻Rf在图所示电路中引入合适的负反馈；并估算在电压放大倍数数值约为10的情况下，RF的取值。,7.5 集成功率放大器,一.功放管的二次击穿,一次击穿：当ce间电压增大到一定数值，晶体管将产生击穿现象；二次击穿：一次击穿后，集电极电流加大，若不限制，晶体管工作点将快速变化到B点，电流剧增，管压降减小。晶体管二次击穿后，性能将明显下降，甚至造成永久性损坏，应避免。,二.功放管的散热问题,热阻的概念:,热在物体中传导时所受到的阻力，用传递单位功率所产生的温差表示。,RT:热阻 Tj:最高允许结温Ta:环境温度 PCM:最大允许耗散功率,7.5 集成功率放大器,