功率輸出級(jí)電路(n)(三)5

設(shè)計(jì)低頻功放應(yīng)考慮以下幾個(gè)特殊問題：1.轉(zhuǎn)換效率η：

η＝Po/PDc2.非線性失真：大信號(hào)下，晶體管、變壓器等非線性元件的特性不能看成線性，而是非線性的，故非線性失真不可忽略。3.晶體管的安全運(yùn)用：在功放中，晶體管工作時(shí)電壓、電流幅度變化大，接近極限運(yùn)用，故應(yīng)保證晶體管各電流、電壓及集電極耗散功率不超過規(guī)定值。第十節(jié)低頻功率放大電路電路功率放大器：放大設(shè)備中直接與負(fù)載相連并向負(fù)載提供信號(hào)功率的輸出級(jí)及其驅(qū)動(dòng)電路。工作原理：實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換器。即在輸入信號(hào)控制下，通過晶體管將直流電源供給的能量轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)功率。

導(dǎo)通角：=乙類：導(dǎo)通角：<丙類：導(dǎo)通角：<<2ICQ甲乙類：導(dǎo)通角：=2ICQ甲類：三極管的工作狀態(tài)：為提高效率和改善失真，三極管可工作在不同的靜態(tài)工作點(diǎn)，根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四個(gè)狀態(tài)，如圖所示。一、甲類功率輸出級(jí)T1----射極跟隨輸出級(jí)T2

----恒流源偏置電路，可提供ICQ，并作為T1發(fā)射極有源負(fù)載電阻常采用共射組態(tài)甲類功率輸出級(jí)電路如圖。特點(diǎn)：AI高，輸入阻抗高，輸出阻抗低。所以它既具有較大的功率又有很強(qiáng)的帶載能力。η＝Po/PDc=25%實(shí)際η＝10％～20％可見甲類工作狀態(tài)的效率極低：原因是靜態(tài)工作點(diǎn)的存在。二、乙類功率輸出級(jí)原理：當(dāng)Ui為正弦信號(hào)正半周，T2截止，T1導(dǎo)通，Uo隨Ui變化；圖6-28(a)互補(bǔ)對(duì)稱乙類推挽輸出級(jí)(一)乙類推挽輸出級(jí)工作原理1.互補(bǔ)對(duì)稱乙類推挽輸出級(jí)結(jié)構(gòu)：由T1（NPN管）和T2（PNP管）分別與負(fù)載RL連成射極跟隨器，T1、T2管的輸出特性對(duì)稱。故輸出完整波形。當(dāng)Ui為正弦信號(hào)負(fù)半周，T1截止，T2導(dǎo)通，Uo隨Ui變化：圖6-29乙類輸出特性（二）乙類推挽輸出級(jí)的功率分析Uom=

Ec-

Uce1忽略三極管的飽和壓降，UomEc:1.交流輸出功率Po負(fù)載上的最大不失真功率為:2．電源提供的直流功率PDC電源供給每管的直流功率為:電源提供給雙管的直流功率為:電源提供給雙管的最大直流功率為:2PDC(單)每管半周平均電流為：3．功率轉(zhuǎn)換效率η當(dāng)Uom=EC

時(shí)效率最大，乙類推挽輸出級(jí)的最大效率可達(dá)78.5%，考慮到損耗和改善波形失真問題，實(shí)際<70%。4．晶體管集電極功耗Pc電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。

令，可求得Pc=Pcmax時(shí)的將此式代入上式可求得集電極最大功耗為：5.PC與Po關(guān)系曲線（如圖）

P

Cmax=Poη=50%O→M

Po↑,PC↑;N點(diǎn)

Po=Pomax,

η=ηmax=78.5%此時(shí)，Pc=0.273Po0.2PoM→N

Po↑

PC↓,η↑;M點(diǎn)Pc與Po的關(guān)系poPCPc=Po,=0.5Pc=0.273Po=0.785MN

3．功率管的選擇為了確保功率管的安全和輸出功率的要求，電源及輸出功率管參數(shù)的選擇原則如下：1）已知Pomax與RL，選擇電源UCC，則有：2）已知Pomax，選擇管子允許的最大功耗PCM，則有：3）管子的反向擊穿電壓BUCEO當(dāng)信號(hào)最大時(shí)，一管趨于飽和，而另一管趨于截止，截止管承受的最大反壓為UCC－(－UCC)=2UCC，所以4）管子允許的最大集電極電流ICM(三)乙類推挽輸出級(jí)轉(zhuǎn)移特性2.互補(bǔ)推挽輸出級(jí)（甲乙類）T

1--共射激勵(lì)級(jí),可提高輸入信號(hào)電壓幅度;T2，T3--互補(bǔ)推挽輸出級(jí)T4，T5--給T

2,T3提供小偏壓。3.準(zhǔn)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)前面介紹的互補(bǔ)推挽功率輸出級(jí)，在大功率應(yīng)用時(shí)還存在以下問題：輸出異型管（T2、T3）的輸出特性很難做到完全對(duì)稱，結(jié)果造成輸出波形上下不對(duì)稱；輸出管的β值有限，會(huì)限制最大輸出功率。解決辦法：可采用由復(fù)合管構(gòu)成的準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率輸出級(jí)。1）復(fù)合管將兩個(gè)或三個(gè)晶體管按一定的原則級(jí)聯(lián)起來所構(gòu)成的三端器件稱做復(fù)合管或達(dá)林頓（Darlington）管。組成復(fù)合管要遵從以下原則：（1）電流流向必須一致；（2）各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū)；（3）復(fù)合管的基極電流等于第一個(gè)管子的基極電流，因此復(fù)合管的類型與第一個(gè)管子的類型相同。正確的復(fù)合管連接方式有四種，如圖所示。hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2復(fù)合管的電流放大系數(shù)為：復(fù)合管（a,c）的輸入電阻為復(fù)合管（b,d）的輸入電阻為hie=hie12）準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率輸出級(jí)

T1、T2復(fù)合成NPN管，T3、T4復(fù)合成PNP管。R1和R2是為了給T2、T4的反向飽和電流提供泄放通道而加的電阻。（以免在T2、T4結(jié)溫升高時(shí)，ICBO隨溫度指數(shù)上升，引起T2、T4的ICEO迅速增大而造成惡性熱循環(huán)。）注意：準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率輸出級(jí)只要求上下兩個(gè)復(fù)合管在總特性上相互匹配，不必一一對(duì)應(yīng)匹配；也不強(qiáng)求上下兩個(gè)復(fù)合管管子數(shù)目相等。4.單電源互補(bǔ)推挽功率輸出級(jí)（OTL電路）T3--共射激勵(lì)級(jí)，電壓放大;T1,T2--推挽功率輸出級(jí);D1,D2--提供小偏壓;T4,T5--輸出過載保護(hù)電路

運(yùn)算放大器是由直接耦合多級(jí)放大電路集成制造的高增益放大器，它的組成框圖如圖所示。運(yùn)放組成及符號(hào)第十一節(jié)集成運(yùn)算放大器差放輸入級(jí)中間放大級(jí)低阻輸出級(jí)恒流源偏置U-U+Uo

1.輸入級(jí):高性能的差動(dòng)放大電路。運(yùn)放有兩個(gè)輸入端，一個(gè)稱為同相輸入端，即輸出與該端輸入信號(hào)相位相同，用符號(hào)U－表示；另一個(gè)稱為反相輸入端，即輸出與該端輸入信號(hào)相位相反，用符號(hào)U＋表示。

4.恒流源偏置：可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。

3.低阻輸出級(jí)：由PNP和NPN兩種極性的三極管或復(fù)合管組成，以獲得正負(fù)兩個(gè)極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。

2.中間放大級(jí)：提供高的電壓增益，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度。多為差動(dòng)電路和帶有源負(fù)載的高增益放大器。通用型集成運(yùn)放電流源作有源負(fù)載Ir優(yōu)點(diǎn)：輸入阻抗高；共模范圍大；開環(huán)增益高；工作穩(wěn)定、可靠。F007通用運(yùn)放的特點(diǎn):電路中采用了組合差放，有源負(fù)載；內(nèi)部電容補(bǔ)償；輸出過流保護(hù)等措施。(五)調(diào)零及相位補(bǔ)償Rw

--調(diào)零電位器,使Ui=0時(shí),Uo=0;CΦ=30pF--相位補(bǔ)償電容，防止閉環(huán)時(shí)產(chǎn)生自激振蕩.二集成運(yùn)放參數(shù)及相位補(bǔ)償技術(shù)

(一)集成運(yùn)放的主要特性參數(shù)1.傳輸參數(shù)1）差模電壓增益

AUd=|Uo/Uid|或AUd(dB)=20lg|Uo/Uid|2）輸入電阻Rid

Rid=Uid/Iid3）輸出電阻Ro:運(yùn)放開環(huán)工作時(shí)輸出端對(duì)地電阻。4）共模輸入電阻Ric：運(yùn)放每個(gè)輸入端對(duì)地的等效電阻。5）共模抑制比KCMR：KCMR=|AUd/AUc|6）頻率帶寬截止頻率fo

--運(yùn)放開環(huán)增益下降到直流增益的0.707倍對(duì)應(yīng)的頻率;單位增益帶寬fc--運(yùn)放開環(huán)增益下降到1（0dB）時(shí)頻帶寬度；對(duì)單極點(diǎn)系統(tǒng)，有AUdfH=

fc7）差模輸入電壓范圍Udm：

運(yùn)放輸入端所能承受的最大差模電壓。8）共模輸入電壓范圍Ucm：運(yùn)放輸入端所能允許的最大共模電壓。

1.輸入失調(diào)電壓Uos

2.輸入偏置電流Ib

3.輸入失調(diào)電流Ios2.失調(diào)誤差參數(shù)4.輸入失調(diào)電壓溫漂

dUos/dT5.輸入失調(diào)電流溫漂dIos/dT在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電壓隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。在規(guī)定工作溫度范圍內(nèi)，輸入失調(diào)電流隨溫度的變化量與溫度變化量之比值。1)額定輸出電壓UcM：

3.輸出信號(hào)響應(yīng)參數(shù)2)額定輸出電流IoM3)轉(zhuǎn)換速率SR（也稱擺率）在標(biāo)準(zhǔn)電源電壓和額定輸出電流情況下，為保證Uo不出現(xiàn)明顯失真的最大Uo值。在額定輸出電壓情況下，運(yùn)放可提供的最大輸出電流。在額定輸出電壓情況下，輸出電壓的最大變化速率。SR=Up-p/Δt定義：

運(yùn)算放大器圖片

運(yùn)算放大器圖片本章是后面各章的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一。主要內(nèi)容如下:一、放大的概念放大的對(duì)象：在電子電路中，放大的對(duì)象是變化量，常用的測(cè)試信號(hào)是正弦波。放大的本質(zhì)：是在輸入信號(hào)的作用下，通過有源元件(晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管)對(duì)直流電源的能量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，使負(fù)載從電源中獲得的輸出信號(hào)能量，比信號(hào)源向放大電路提供的能量大得多。放大的特征：是功率放大，表現(xiàn)為輸出電壓大于輸入電壓，輸出電流大于輸入電流，或者二者兼而有之。放大的前提：是不失真,換言之。放大電路小結(jié)二、放大電路的組成原則1.放大電路的核心元件：是有源元件，即晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管。2.直流電源電壓：數(shù)值、極性的設(shè)置要正確。3.電路參數(shù)：應(yīng)保證晶體管工作在放大區(qū)、場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，即建立起合適的靜態(tài)工作點(diǎn),保證電路不失真。4.輸入信號(hào)：應(yīng)能夠有效地作用于有源元件的輸入回路，輸出信號(hào)能夠作用于負(fù)載之上。放大電路小結(jié)三、放大電路的主要性能指標(biāo)1.增益A：輸出變化量幅值與輸入變化量幅值之比，或二者的正弦交流值之比，用以衡量電路的放大能力。2.輸入電阻Ri:從輸入端看進(jìn)去的等效電阻，反映放大電路從信號(hào)源索取電流的大小。3.輸出電阻R。:從輸出端看進(jìn)去的等效輸出信號(hào)源的內(nèi)阻，說明放大電路的帶負(fù)載能力。4.最大不失輸出電壓Um:未產(chǎn)生截止失真和飽和失真時(shí)，最大輸出信號(hào)的正弦有效值(或峰值)。5.下限、上限截止頻率fL和fH、通頻帶BW:均為頻率響應(yīng)參數(shù),反映電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)能力,見第五章。6.最大輸出功率Pm和效率:及衡量在輸出波形基本不失真情況下負(fù)載能夠從電路獲得的最大功率,以及電源為此應(yīng)提供的功率。放大電路小結(jié)四、放大電路的分析方法1.靜態(tài)分析：就是求解靜態(tài)工作點(diǎn)Q，在輸入信號(hào)為零時(shí)，晶體管（和場(chǎng)效應(yīng)管）各電極間的電流與電壓就是Q點(diǎn)?？捎媒馕龇ɑ驁D解法求解。2.動(dòng)態(tài)分析：就是求解各動(dòng)態(tài)參數(shù)和分析輸出波形。通常,利用h參數(shù)等效電路計(jì)算小信號(hào)作用時(shí)的Au、Ri和Ro，利用圖解法分析UOm和失真情況。放大電路的分析應(yīng)遵循“先靜態(tài)、后動(dòng)態(tài)”的原則：只有靜態(tài)工作點(diǎn)合適,動(dòng)態(tài)分析才有意義；Q點(diǎn)不但影響電路輸出是否失真，而且與動(dòng)態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。

放大電路小結(jié)五、晶體管（和暢效應(yīng)管）放大電路晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種接法。1.共射放大電路：即有電流放大作用又有電壓放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適用于一般放大。2.共集放大電路：只放大電流不放大電壓，因輸入電阻高而常做為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)，因輸出電阻低而常做為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，因電壓增益接近1而用于信號(hào)的跟隨。3.共基電路：只放大電壓不放大電流，輸入電阻小,高頻特性好,適用于寬頻帶放大電路。放大電路小結(jié)頻響小結(jié)放大器的增益與頻率有關(guān)，稱幅頻特性；放大器的相移也與頻率有關(guān)，稱相頻特性，兩者統(tǒng)稱為頻率響應(yīng)。高頻響應(yīng)—由晶體管的結(jié)電容引起的。低頻響應(yīng)—由電路中耦合電容和旁路電容引起的分析放大器的高頻響應(yīng)借助于晶體管的高頻模型即混合模型，具體分析步驟：1.畫出放大器的交流通路；2.用混合模型代替晶體管畫出放大器的高頻等效電路3.求出中頻增益4.根據(jù)高頻等效電路確定高頻極點(diǎn)。5.寫出高頻傳輸函數(shù)，確定高頻截頻及帶寬差分放大電路是模擬集成電路中最基本的電路形式。它的主要特點(diǎn)是對(duì)差模信號(hào)有很大的放大能力，對(duì)共模信號(hào)具有根強(qiáng)的抑制作用。差放在雙端輸出時(shí)主要是依靠電路對(duì)稱性抑制共模信號(hào)，單端輸出時(shí)主要是依靠共公發(fā)射極電阻的強(qiáng)負(fù)反饋?zhàn)饔靡种乒材Ｐ盘?hào)。典型差放電路主要計(jì)算公式雙端輸出差模電壓增益雙端輸出共模電壓增益雙端輸出共模抑制比差放、功放小結(jié)共模信號(hào)Uic1=Uic2=(Ui1+Ui2)/2差模信號(hào)Uid1=-Uid2=(Ui1-Ui2)/2單端輸出差模電壓增益單端輸出共模電壓增益單端輸出共模抑制比輸入任意信號(hào)時(shí)可分解差模與共模信號(hào)`差放、功放小結(jié)低頻功率輸出級(jí)按功放管工作狀態(tài)分為甲類、乙類、甲乙類三種。：甲類——失真小，但效率低。乙類——效率高，但存在嚴(yán)重交越失真甲乙類——吸收了甲類和乙類的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用廣泛，但電路結(jié)構(gòu)比甲類和乙類復(fù)雜甲類功放乙類功放差放、功放小結(jié)差放、功放小結(jié)功率管的選擇選擇原則如下：1）已知Pomax與RL，選擇電源UCC，則有：2）已知Pomax，選擇管子允許的最大功耗PCM，則有：3）管子的反向擊穿電壓BUCEO4）管子允許的最大集電極電流ICM復(fù)合管及應(yīng)用組成復(fù)合管要遵從以下原則：（1）電流流向必須一致；（2）各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū)；（3）復(fù)合管的基極電流等于第一個(gè)管子的基極電流，因此復(fù)合管的類型與第一個(gè)管子的類型相同。復(fù)合管結(jié)構(gòu)：可使等效管的電流放大系數(shù)提高；hfe=hfe1hfe2hie=hie1+(1+hfe1)hie2復(fù)合管的電流放大系數(shù)為：復(fù)合管（a,c）的輸入電阻為復(fù)合管（b,d）的輸入電阻為hie=hie1差放、功放小結(jié)學(xué)完本章希望能夠達(dá)到以下要求:一、放大電路部分(1)掌握基本概念和定義:(2)掌握組成放大電路的原則和各種放大電路的工作原理及特點(diǎn),能夠根