模擬電子7.ppt

1、1,Chapter 7 功率放大電路,概述 互補(bǔ)推挽功率放大電路 集成功率放大器 功率管的使用和保護(hù),2,7.1 概述,功率放大器的用途和特點(diǎn) 功放提高效率的主要途徑,3,7.1.1功率放大器的用途和特點(diǎn),信號(hào)源,把微弱的信號(hào)電壓放大，是小信號(hào)放大器,高效率地向負(fù)載提供失真不大的額定功率，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載,把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量,功放以獲得輸出功率為直接目的。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號(hào)電壓大；輸出信號(hào)電流大；放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。,4,功放電路的特點(diǎn),1、輸出功率,2、效率,功率放大器的輸出功率是由直流電源能量轉(zhuǎn)換得到的。其效率為：,PT：耗散在管子集電極上的功率，稱(chēng)管耗,為

2、獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子通常在極限狀態(tài)下工作。主要技術(shù)指標(biāo)：最大輸出功率Pom。,5,3、非線(xiàn)性失真,4、功放管的散熱問(wèn)題,5、分析方法,由于功率放大器工作在大信號(hào)狀態(tài)，不可避免要產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。且輸出功率越大，失真越大。實(shí)際中需在獲得最大功率的同時(shí)，盡可能把非線(xiàn)性失真限制在允許的范圍內(nèi)。,功放管在極限運(yùn)用時(shí)，uCE最大值 接近U（BR）CEO，iC最大值 接近ICM，Po接近PCM，且有相當(dāng)大功率消耗在集電結(jié)上，要考慮功放管的散熱和保護(hù)問(wèn)題。,在大信號(hào)下，小信號(hào)模型已不在適用，需采用采用圖解分析法。,6,7.1.2 功放提高效率的主要途徑, ,PT

3、,顯然，管子在信號(hào)一周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間越短，相應(yīng)管耗越小，效率就越高。,在低頻功放電路中，按管子集電極電流流通時(shí)間的不同可分為：,甲類(lèi)放大 乙類(lèi)放大 甲乙類(lèi)放大 丙類(lèi)放大 丁類(lèi)放大,7,甲類(lèi)：Q點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)中部，整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)iC0,甲乙類(lèi)：管子在靜態(tài)時(shí)微導(dǎo)通，信號(hào)半周期以上iC0。,乙類(lèi)：Q點(diǎn)設(shè)在截止區(qū)邊緣，信號(hào)半周期內(nèi)iC0。, 最低， 50%。 失真最小。, 最高， 可接近78.5%。失真最大。, 略低于乙類(lèi)。,8,乙類(lèi)互補(bǔ)推挽放大電路 甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽放大電路 單電源互補(bǔ)推挽放大電路 采用復(fù)合管的功率輸出級(jí),7.2 互補(bǔ)推挽功率放大電路,乙類(lèi)和甲乙類(lèi)放大的效率較高，但波形嚴(yán)重失真。為解決效率

4、和失真的矛盾，需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。,9,1、電路結(jié)構(gòu),當(dāng)輸入信號(hào)ui = 0 時(shí)， IC1= IC2= 0， uo= 0,7.2.1 乙類(lèi)互補(bǔ)推挽放大電路,T1為NPN管，與負(fù)載RL組成正向跟隨ui的射極輸出器；,T2為PNP管，與負(fù)載RL組成反向跟隨ui的射極輸出器；,10,2、工作原理,當(dāng)ui 處于正半周時(shí)，T1導(dǎo)通， 電流通iC1過(guò)負(fù)載RL。,當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，T2導(dǎo)通， 電流iC2通過(guò)負(fù)載RL。,T1、 T2輪流導(dǎo)通，在負(fù)載RL上合成一個(gè)完整的不失真波形。,利用兩個(gè)特性對(duì)稱(chēng)的反型BJT互相補(bǔ)足的特點(diǎn)，完成推挽放大功能，故稱(chēng)雙電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)推挽功率放大器。,11,3、主要參數(shù)估

5、算,設(shè)輸入信號(hào)：,ui=Uimsint,輸出信號(hào)電壓幅值： Uom= Ucem Uim,輸出信號(hào)電流幅值： Iom= Icm,12,1）輸出功率Po,Uom= Ucem,Iom= Icm,管子極限運(yùn)用時(shí)，,2）直流電源供給的功率Pv,互補(bǔ)推挽電路中，正、負(fù)電源在一周內(nèi)輪流供電，故電源提供的總功率為：,管子極限運(yùn)用時(shí)，,13,3）效率,管子極限運(yùn)用時(shí)，,4）管耗PT,T1、T2在信號(hào)一周內(nèi)輪流導(dǎo)通，則PT1=PT2。,乙類(lèi)工作時(shí)，靜態(tài)管耗為零,PT是Uom的二次函數(shù)?？捎肞T對(duì)Uom求導(dǎo)的辦法求出其最大值：,14,當(dāng),時(shí)，PT取得最大值。,T1、T2在信號(hào)一周內(nèi)輪流導(dǎo)通，則 PT1 = PT2。

6、,PT,15,5）功率管參數(shù)的選擇,U(BR)CEO的選擇,ICM的選擇,PCM的選擇,T1導(dǎo)通T2截止時(shí)，T2所承受的最大反壓為,T1、T2的最大反壓為,16,1、交越失真,因IB=0，形成死區(qū)電壓,交越失真,7.2.2 甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽放大電路,17,2、甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽電路,二極管提供偏置,UBE倍增電路提供偏置,為消除交越失真，可給T1、T2一很小的偏置電壓，使其在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)。這樣既能減少交越失真，又不至于使功率和效率有太大影響。即放大管在甲乙類(lèi)狀態(tài)下工作。,18,R1、R2、Re提供合適的直流偏置，并使,當(dāng)ui0，T2導(dǎo)電，iC2流過(guò)RL，同時(shí)向C充電； 當(dāng)ui0，T3導(dǎo)電，C

7、通過(guò)RL放電。,1、OTL電路,7.2.3 單電源互補(bǔ)推挽放大電路,為穩(wěn)定Q點(diǎn)和改善放大電路性能，由R2、R1引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋。,19,由于T2、T3的工作電壓均為0.5VCC，因而Po、PT、Pv等的計(jì)算，只須將乙類(lèi)互補(bǔ)電路指標(biāo)計(jì)算中的VCC代之以0.5VCC即可。,就用一個(gè)電源VCC和一個(gè)電容C代替雙電源。,設(shè)ui的下限頻率為fL，電容C的大小若滿(mǎn)足：,20,2、帶自舉的OTL電路,無(wú)C3時(shí)，,電路的最大輸出電壓幅度較理想時(shí)小。,R3、C3為自舉電路。,靜態(tài)時(shí)，C3充電至,當(dāng)ui0，T2導(dǎo)電，由于C3足夠大， UC不變，則,UK UG Uom+,21,復(fù)合管（稱(chēng)達(dá)林頓）的類(lèi)型由前面的一個(gè)

8、三極管決定。,互補(bǔ)推挽電路需要一對(duì)特性對(duì)稱(chēng)的互補(bǔ)管。,導(dǎo)電類(lèi)型不同的大功率管難以做到特性對(duì)稱(chēng)，故在大功率輸出電路中，常采用復(fù)合管互補(bǔ)推挽電路。,1、復(fù)合管,當(dāng)11， 21時(shí)， 12。,7.2.4 采用復(fù)合管的功率輸出級(jí),22,2、復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),因T3、T4同型，故稱(chēng)準(zhǔn)互補(bǔ)。,Re1、Re2為T(mén)1、T2的穿透電流ICEO提供泄放通路，以避免這兩個(gè)不穩(wěn)定電流被輸出管放大，造成輸出電流的穩(wěn)定性變差。,23,LM386通用型集成功放,差動(dòng)輸入級(jí),共射驅(qū)動(dòng)級(jí),準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),R中點(diǎn)為差模地,7.3 集成功率放大器,24,調(diào)增益,去耦 防自激,容性負(fù)載 抵消部分感性負(fù)載,單電源供電的隔直電容,L

9、M386接線(xiàn)圖,25,7.4 功率管的使用和保護(hù),1、功率管的散熱問(wèn)題,功率管的集電極損耗會(huì)使管子發(fā)熱，結(jié)溫上升。,當(dāng)結(jié)溫超過(guò)允許值時(shí)（鍺管約100C，硅管約200C）將燒壞管子。故必須給功放管加散熱片。,必要時(shí)還可采用風(fēng)冷、水冷、油冷等方法來(lái)散熱。,26,2、功率管的安全使用和保護(hù),1）安全使用, 管子應(yīng)工作在安全區(qū)內(nèi)，且留有充分的余量。大功率管須加散熱器以提高PCM。 避免產(chǎn)生過(guò)壓和過(guò)流。如不要將負(fù)載開(kāi)路、短路或過(guò)載，不允許電源電壓有較大波動(dòng)等。,2）采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施, 加接過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)電路。 在感性負(fù)載兩端并容性網(wǎng)絡(luò)。 功放管的輸入、輸出端并保護(hù)二極管或穩(wěn)壓管。,27,例題分析,Ch

10、apyer 7,28,例1,OTL互補(bǔ)電路,1、標(biāo)明T1T4的類(lèi)型； 2、靜態(tài)時(shí)輸出電壓Uo=？ 怎樣調(diào)整？ 3、VCC=18V，RL=12， 設(shè)UCES=0V，求Pomax=？ 4、 VCC=18V，RL=12， 設(shè)UCES2V，求Pomax=？,5、 VCC=18V，RL=12，當(dāng)ui的幅值Uim= 10 V，,求Po=？ 6、當(dāng)RL=16， Pomax=10W，設(shè)UCES=0V，求VCC=？,29,解：,1、標(biāo)明T1T4的類(lèi)型,T1、T3NPN管，復(fù)合為NPN型； T2、T4PNP管，復(fù)合為PNP型。,2、靜態(tài)時(shí)輸出電壓Uo=？ 怎樣調(diào)整？,靜態(tài)時(shí)Uo=0V， 調(diào)電阻R1或R4。,3、V

11、CC=18V，RL=12，設(shè)UCES=0V，求Pomax=？,30,4、 VCC=18V，RL=12， 設(shè)UCES 2V，求Pomax=？,5、 VCC=18V，RL=12，當(dāng)ui的幅值Uim= 10 V， 求Po=？,射隨器的電壓增益Au 1，則,31,6、當(dāng)RL=16， Pomax=10W，設(shè)UCES=0V， 求VCC=？,32,例2,運(yùn)放驅(qū)動(dòng)OTL功放電路,已知VCC=18V， 運(yùn)放最大輸出電流 Iom=25mA， T1、T2管飽和壓降 UCES=2V。,1、 T1、T2管的=？時(shí)，RL上有最大輸出電流ILmax？ 2、為有最大不失真Uom，輸入信號(hào)的幅度Uim=？ 3、Pomax=？ 4、試計(jì)算電路的效率。 5、若在輸出端uo出現(xiàn)交越失真，應(yīng)怎樣調(diào)整？,33,解：,1、 T1、T2的=？時(shí)， RL有最大輸出電流ILmax？,T1、T2管的大小取決于運(yùn)放輸出電流Io和負(fù)載RL上的電流IL。,運(yùn)放最大輸出電流Iom=25mA，故,34,2、為有最大不失真Uom， 輸入信號(hào)的幅度Uim=？,輸入信號(hào)的幅度Ui