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文檔簡(jiǎn)介
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
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