[工學]8功率放大電路ppt課件

1、例例1： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構執(zhí)行機構功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅動執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、用作放大電路的輸出級，以驅動執(zhí)行機構。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、繼電器動作、 儀表指針偏轉等。儀表指針偏轉等。 功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取8.1 概述概述 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子任務在接近極限因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子任務在接近極限形狀。普通直接驅動負載，帶載才干要強。形狀。普通直接驅動負載，帶載才干要強。分

2、析功放電路應留意的問題分析功放電路應留意的問題(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，功放電路中電流、電壓要求都比較大，必需留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極必需留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(2) 電流、電壓信號比較大，必需留意防止電流、電壓信號比較大，必需留意防止波形失真。波形失真。(3) 電源提供的能量盡能夠地轉換給負載，以電源提供的能量盡能夠地轉換給負載，以減少晶體管及線路上的損失。即留意提高減少晶體管及線路上的損失。即留意提高電路的效率電路的效率。Pomax : 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號

3、功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100maxEoPPF 提高效率提高效率F 減小失真減小失真F 管子的維護管子的維護F輸出功率大輸出功率大 射極輸出器的輸射極輸出器的輸出電阻低，帶負載才出電阻低，帶負載才干強，但做功放不適干強，但做功放不適宜。為什么？解釋如宜。為什么？解釋如下：下：NoImage問題討論問題討論Rbuo USCuiibRE射極輸出器能否做射極輸出器能否做功率放大？功率放大？NoImageRbuoUSCuiRE射極輸出器效率的估算：射極輸出器效率的估算：(設設RL=RE)uotuoibQicuceUSCESCRU假設忽略晶體管的飽假設忽略晶體管的飽和壓

4、降和截止區(qū)，輸和壓降和截止區(qū)，輸出信號出信號uo的峰值最大的峰值最大只能為：只能為：uo的取的取值范圍值范圍QIcuCEUSCESCRU直流負直流負載線載線交流負交流負載線載線UCEQ = 0.5USC 靜態(tài)任務點：靜態(tài)任務點：LSCESCCQRURUI5 . 05 . 0SCoUU5 . 0max 為得到較大的輸出信號，假設將射極輸出器的靜為得到較大的輸出信號，假設將射極輸出器的靜態(tài)任務點態(tài)任務點Q Q設置在負載線的中部，令信號波形正設置在負載線的中部，令信號波形正負半周均不失真負半周均不失真 ，如以下圖所示。，如以下圖所示。TCSCEtiUTP0d1LSCLSCLomORURURUP825

5、 . 02222maxmax%25maxmaxEOPP放大電路的輸出沒有失真的任務方式稱為甲類放大。放大電路的輸出沒有失真的任務方式稱為甲類放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUtiTUtiUTP2dd12001. 直流電源輸出的功率直流電源輸出的功率2. 最大負載功率最大負載功率3. 最大效率最大效率(RL=RE時時)功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。四種任務形狀四種任務形狀 根據(jù)正弦信號整個周期根據(jù)正弦信號整個周期內三極管的導通情況劃分內三極管的導通情況劃分

6、乙類：導通角等于乙類：導通角等于180甲類：一個周期內均導通甲類：一個周期內均導通甲乙類：導通角大于甲乙類：導通角大于180丙類：導通角小于丙類：導通角小于180如何處理效率低的問題？如何處理效率低的問題？方法：降低方法：降低Q點。點。缺陷：但又會引起截止失真。缺陷：但又會引起截止失真。 互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 無輸出變壓器方式無輸出變壓器方式 OTL電路電路無輸出電容方式無輸出電容方式 OCL電路電路OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補對稱：電路中采用兩支晶體管，互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 P

7、NP各一支；兩管特性一致。各一支；兩管特性一致。類型：類型：8.2 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路8.2.1 無輸出電容的互補對稱功放電路無輸出電容的互補對稱功放電路 OCL電路電路一、任務原理設一、任務原理設ui為正弦波為正弦波電路的構造特點：電路的構造特點：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 由由NPN型、型、PNP型三極型三極管構成兩個對稱的射極管構成兩個對稱的射極輸出器對接而成。輸出器對接而成。2. 雙電源供電。雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。容。ic1ic2動態(tài)分析：動態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導通導通ui 0VT1導通，

8、導通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內任務的方兩個晶體管都只在半個周期內任務的方式，稱為乙類放大。式，稱為乙類放大。因此，不需求隔直電容。因此，不需求隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不任務均不任務 uo = 0V乙類放大的輸入輸出波形關系乙類放大的輸入輸出波形關系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓死區(qū)電壓uiuououo tttt交越失真：輸入信號交越失真：輸入信號 ui在過零在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。為交越失真。交越失真交

9、越失真ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管導通時間等于半個周期每管導通時間等于半個周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 乙類放大的特點：乙類放大的特點：二、最大輸出功率及效率的計算二、最大輸出功率及效率的計算假設假設 ui 為正弦波且幅度足夠為正弦波且幅度足夠大，大，T1、T2導通時均能飽和，此導通時均能飽和，此時輸出到達最大值。時輸出到達最大值。ULmax負載上得到的最大功率為：負載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC假設忽略晶體管的飽假設忽略晶體管的飽和壓降，那么負載和壓降，那么負載R

10、L)上的電壓和電流的最大幅上的電壓和電流的最大幅值分別為：值分別為：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max電源提供的直流平均功率計算：電源提供的直流平均功率計算： 每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：兩個電源提供的總功率為：USC1 =USC2 =USC01)(dsin21LSCLSCavRUttRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22221 tic1LSCRU%5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率為：效率為：LSCLSCSC

11、EEERURUUPPP22221LSCLSCSCoRURUUP21222max結論：該電路效率較高；結論：該電路效率較高； 電流、電壓波形存在失真。電流、電壓波形存在失真。三、電路的改良三、電路的改良1. 抑制交越失真抑制交越失真交越失真產生的緣由：交越失真產生的緣由： 在于晶體管特性存在在于晶體管特性存在非線性，非線性，ui IB，那么那么221RRRUUBE3. 電路中添加復合管電路中添加復合管添加復合管的目的是：擴展電流的驅動才干。添加復合管的目的是：擴展電流的驅動才干。復合管的構成方式：復合管的構成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：bcccbcbebbciiii

12、iiiiiii)1 (,)1 (,1212122211211becibic 1 2晶體管的類型由復合管中的第一支管子決議。晶體管的類型由復合管中的第一支管子決議。方式二：方式二：cbeT1T2ibic復合管構成方式很多。不論哪種等效方式，等效復合管構成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：后晶體管的性能確定均如下：改良后的改良后的OCL準互補輸出功放電路：準互補輸出功放電路： T1：電壓推進級：電壓推進級 T1、R1、R2： UBE倍增電路倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復合管構成的輸出級復合管構成的輸出級準互補準互補 輸出級中的輸出級中的T4、T6均為均為NPN型晶體

13、管，兩者特性容易對稱。型晶體管，兩者特性容易對稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T68.2.2 無輸出變壓器的互補對稱功放電路無輸出變壓器的互補對稱功放電路 OTL電路電路一、特點一、特點1. 單電源供電；單電源供電；2. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析那么那么 T1、T2 特性對稱，特性對稱，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析設輸入端在設輸入端在 0.5USC 直流電平根底上參與正弦信號。直流電平根底上參與正弦信號。假設輸出電容足夠大，假設輸出電容足夠大，

14、 UC根根本堅持在本堅持在0.5USC ，負載上得，負載上得到的交流信號正負半周對稱，到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時，時，T1導通、導通、T2截止；截止；2SCiUu 時，時，2SCiUu T1截止、截止、 T2導通。導通。0.5USCuit四、輸出功率及效率四、輸出功率及效率假設忽略交越失真的影響，且假設忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。那幅度足夠大。那么：么：LSCLSCLRUIUU22maxmax、LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(dsin

15、2210ttRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUtt適用適用OTL互補輸出功放電路互補輸出功放電路調理調理R,使靜態(tài)使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之間的之間的電位差等于電位差等于2個二極管正個二極管正向壓降，抑制交越失真。向壓降，抑制交越失真。Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負反響電阻，射極負反響電阻，也起限流維護作用。也起限流維護作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A8.3 乙類雙電源互補對稱乙類雙電源互補對稱功率放大電路功率放大電路8.3.2 分析計算分析計算8.3.1 電路組成電路組

16、成8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇8.3.1 電路組成電路組成 由一對由一對NPN、PNP特性一樣特性一樣的互補三極管組成，采用正、負的互補三極管組成，采用正、負雙電源供電。這種電路也稱為雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補功率放大電路?；パa功率放大電路。1. 電路組成電路組成2. 任務原理任務原理 兩個三極管在信號正、負半兩個三極管在信號正、負半周輪番導通，使負載得到一個完周輪番導通，使負載得到一個完好的波形。好的波形。8.3.2 分析計算分析計算圖解分析圖解分析1. 最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP實踐

17、輸出功率實踐輸出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP8.3.2 分析計算分析計算忽略忽略VCES時時L2CComax2RVP 8.3.2 分析計算分析計算單個管子在半個周期內的管耗單個管子在半個周期內的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP2. 管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV)d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR3. 電源供應的功率電源供應的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV當當時，時， CCo

18、mVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率CComVo4=VVPP 當當時，時， CComVV % 78.54 8.3.2 分析計算分析計算1. 最大管耗和最大輸出功率的關系最大管耗和最大輸出功率的關系由于由于8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇)4(12omomCCLT1VVVRP 當當 0.6VCC 時具有最大管耗時具有最大管耗CCom2VV 0.2Pom L2CC2T1m1RVP 選管根據(jù)之一選管根據(jù)之一功率與輸出幅功率與輸出幅度的關系度的關系8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇2. 功率功率BJT的選擇的選擇8.4 甲乙類互補對稱功率甲乙類互補對稱功率放大電路放大電路8.4.2 甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路8.4.1