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文檔簡介
1、2021/4/11Fundamental of Electronic TechnologyCTGU2021/4/128.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題8.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路乙類雙電源互補對稱功率放大電路 8.4 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路8.5 集成功率放大器集成功率放大器8.2 射極輸出器射極輸出器-甲類放大的實例甲類放大的實例 2021/4/13q 掌握功率放大電路的構成與原理掌握功率放大電路的構成與原理2021/4/148.1 8.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題1. 功率放大電路的主要作用功率放大電路的主要作用
2、用作放大電路的用作放大電路的輸出級輸出級,以驅動執行機構。如使揚聲器,以驅動執行機構。如使揚聲器發聲、繼電器動作、發聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉等儀表指針偏轉等。 例例1: 擴音系統擴音系統執行機構執行機構功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取2021/4/15例例2:溫度控制溫度控制R1-R3:標準電阻標準電阻Va : 基準電壓基準電壓Rt :熱敏電阻熱敏電阻A:電壓放大器:電壓放大器RtTVOTVbVO1R1aR2voVsc+R3Rt 功功 放放b溫控室溫控室A+-vo1加熱元件加熱元件2021/4/162. 功率放大電路的主要特點功率放大電路的主要特點 功率放大電路是一種以輸
3、出較大功率為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,目的的放大電路。因此,要求同時輸出較要求同時輸出較大的電壓和電流。大的電壓和電流。 管子工作在接近極限狀管子工作在接近極限狀態。態。 一般直接驅動負載,帶負載能力要強。一般直接驅動負載,帶負載能力要強。8.1 8.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題2021/4/178.1 8.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題3. 要解決的問題要解決的問題(1) 要求要求輸出功率輸出功率PO盡可能的大盡可能的大。功放電路中電流、。功放電路中電流、電壓要求都比較大,必須注意電路參數不能超電壓要求都比較大,必須注意電路
4、參數不能超過晶體管的極限值過晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce2021/4/183. 要解決的問題要解決的問題(2) 電流、電壓信號比較大,必須注意電流、電壓信號比較大,必須注意防止波形失真防止波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能轉換給負載,減少晶體管及電源提供的能量盡可能轉換給負載,減少晶體管及線路上的損失。即注意線路上的損失。即注意提高電路的效率(提高電路的效率( )。Pomax : 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號功率。PV : 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100max VoPP (4) 管子的保護管子的保護
5、。8.1 8.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題2021/4/194. 提高效率的途徑提高效率的途徑F 降低靜態功耗,即減小靜態電流。降低靜態功耗,即減小靜態電流。8.1 8.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題2021/4/1105. 三種工作狀態三種工作狀態 根據功放管在正弦信號整個周期內的導通情況,可將其工根據功放管在正弦信號整個周期內的導通情況,可將其工作狀態分為:甲類放大、乙類放大、甲乙類放大三種狀態。作狀態分為:甲類放大、乙類放大、甲乙類放大三種狀態。甲類放大甲類放大:放大電路的輸出沒有失真的工作方式。放大電路的輸出沒有失真的工作方式。 2 t 0CiCi
6、BEvQCI特點特點:管子導通角管子導通角 2 ,靜態電流大于零,管耗大,效,靜態電流大于零,管耗大,效 率低,用于小信號放大和驅動極。率低,用于小信號放大和驅動極。工作點位置工作點位置電流波形電流波形2021/4/111乙類放大乙類放大: 晶體管只在半個周期內工作的方式晶體管只在半個周期內工作的方式 。 2 t 0CiCiBEvQ工作點位置工作點位置電流波形電流波形特點特點:管子導通角管子導通角 ,靜態電流等于零,管耗,靜態電流等于零,管耗 小,效率高,用于功率放大電路。小,效率高,用于功率放大電路。5. 三種工作狀態三種工作狀態2021/4/112甲乙類放大甲乙類放大:兩管導通時間均比半個
7、周期大一些的工作方式。兩管導通時間均比半個周期大一些的工作方式。 2t 0CiCiBEvQ工作點位置工作點位置電流波形電流波形特點特點:管子導通角管子導通角 2 ,靜態電流很小,可提高效率、,靜態電流很小,可提高效率、減小非線性失真,用于功率放大電路。減小非線性失真,用于功率放大電路。CI 25. 三種工作狀態三種工作狀態丙類放大:丙類放大:導通角小于導通角小于1802021/4/1135. 三種工作狀態三種工作狀態提高效率的途徑提高效率的途徑:為了提高效率,應盡量降低功放管的靜態為了提高效率,應盡量降低功放管的靜態工作點,使靜態電流很小或為零,使電路工作在乙類或甲乙工作點,使靜態電流很小或為
8、零,使電路工作在乙類或甲乙類,但這樣(對于單管電路來說)將使輸出波形失真很大。類,但這樣(對于單管電路來說)將使輸出波形失真很大。解決矛盾的方法是,采用解決矛盾的方法是,采用互補對稱互補對稱或或推挽式推挽式功率放大電路功率放大電路。圖圖8.1.12021/4/114 互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 ( OTL電路)電路)無輸出電容形式無輸出電容形式 ( OCL電路)電路)OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補對稱互補對稱:電路中采用兩支晶體管,電路中采用兩支晶體管,NPN、 PNP各一
9、支;兩管特性一致。各一支;兩管特性一致。類型:類型:2021/4/1158.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路乙類雙電源互補對稱功率放大電路1. 電路組成電路組成1) 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。靜態輸出器對接而成。靜態時管子不取電流,有信時管子不取電流,有信號時,號時,T1和和T2輪流導電,輪流導電,組成推挽式電路。組成推挽式電路。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。所以稱為容。所以稱為OCL電路。電路。2021/4/1162. 工作原理工作原理2)動態時:)動態時:1)靜態時:)靜態
10、時:vi = 0V T1、T2均不工作均不工作 vo = 0Vvi 0VT1截止,截止,T2導通導通vi 0VT1導通,導通,T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期兩個晶體管都只在半個周期內工作,工作在內工作,工作在乙類放大乙類放大方式。方式。因此,不需要隔直電容。因此,不需要隔直電容。8.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路乙類雙電源互補對稱功率放大電路2021/4/1173. 分析計算分析計算(1)最大不失真輸出功率)最大不失真輸出功率Pomax實際輸出功率實際輸出功率Po:L2omLomomooo222=RVRVVIVP LCCLmCCCESCComR
11、VIVVVV maxmax負載上得到的最大負載上得到的最大功率功率Pom為:為:LCCLomomRVRVP222121 T1、T2飽和導通時輸出達到最大值。飽和導通時輸出達到最大值。則負載(則負載(RL)上的電壓上的電壓和電流的最大幅值分別為:和電流的最大幅值分別為:圖圖8.3.22021/4/1183. 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=0LooCCT1tRvvVP (2)管耗)管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV)4(12om
12、omCCLVVVR T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR2021/4/1193. 分析計算分析計算(3)電源供給的功率)電源供給的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV 2L2CCVmRVP (4)效率)效率 CComVo4=VVPP % 78.54 直流電源供給的功率直流電源供給的功率Pv包括負載得包括負載得到的信號功率和到的信號功率和T1、T2消耗的功率。消耗的功率。當輸出電壓幅值最大時當輸出電壓幅值最大時電源供給的功率最大:電源供給的功率最大:當輸出電壓幅值最大時當輸出電壓幅值最大時效率最高:效率最高:2021/4/1204. 功率與輸出幅度的關系功率與輸出幅度的關系8
13、.3.32021/4/1211最大管耗和最大功率的關系最大管耗和最大功率的關系管耗管耗PT是輸出電壓幅值是輸出電壓幅值Vom的函數,因此用求極值的方法求:的函數,因此用求極值的方法求: 21/41/21omCCLomomomCCLomTVVRdVVVVRddVdP令令0/1 omTdVdP則則02 omCCVV故故 CCCComVVV6 . 02 此時具有最大管耗:此時具有最大管耗:omLCComomCCLmTPRVVVVRP2 . 01412221 最大管耗和最大輸出功率之間的關系就最大管耗和最大輸出功率之間的關系就是乙類互補對稱電路選擇管子的依據。是乙類互補對稱電路選擇管子的依據。 LCC
14、omRVP2215. 功率功率BJT的選擇的選擇2021/4/1222功率功率BJT的選擇的選擇若想得到最大輸出功率,若想得到最大輸出功率,BJT的參數必須滿足條件:的參數必須滿足條件:1每只每只BJT的最大允許管耗的最大允許管耗PCM必須大于必須大于 Pt1m 0.2Pom;2管子的管子的|V(BR)CEO|2VCC;3通過通過BJT的最大集電極電流不低于其的最大集電極電流不低于其ICM。5. 功率功率BJT的選擇的選擇2021/4/123(1) 靜態電流靜態電流 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) 存在存在交越失真交越失真。
15、6. 乙類放大的特點及存在的問題乙類放大的特點及存在的問題2021/4/124交越失真:交越失真:由于沒有直流偏置,由于沒有直流偏置,iB必須在必須在|vBE|大于門坎電壓時才大于門坎電壓時才有變化,輸入信號有變化,輸入信號 vi在過零前后,在過零前后,輸出信號便會出現失真,這種失輸出信號便會出現失真,這種失真稱為交越失真。真稱為交越失真。2021/4/125乙類互補對稱電路存在的問題乙類互補對稱電路存在的問題實際測試波形實際測試波形2021/4/1268.4 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路1. 靜態偏置靜態偏置設設T3已有合適已有合適的靜態工作點的靜態工作點T1、T2兩
16、管發射結電位兩管發射結電位分別為二極管分別為二極管D1、 D2的的正向導通壓降,致使兩正向導通壓降,致使兩管均處于微弱導通狀態。管均處于微弱導通狀態。克服了交越失真。克服了交越失真。由于電路對稱,靜態時由于電路對稱,靜態時0021 oLCCviii一、甲乙類雙電源互補對稱電路一、甲乙類雙電源互補對稱電路2021/4/1272. 動態工作情況動態工作情況設設vi 為正弦信號。負半周為正弦信號。負半周 T2 截止,截止,T1 基極電位進一基極電位進一步提高,進入良好的導通步提高,進入良好的導通狀態;正半周狀態;正半周T1截止,截止,T2 進入良好的導通狀態。進入良好的導通狀態。T1和和T2工作在工
17、作在甲乙類甲乙類放大狀放大狀態。可進行線性放大。態。可進行線性放大。2021/4/128甲乙類雙電源互補對稱電路的靜態工甲乙類雙電源互補對稱電路的靜態工作電流雖不為零,但仍然很小,因此作電流雖不為零,但仍然很小,因此對它的性能指標仍可用乙類互補對稱對它的性能指標仍可用乙類互補對稱電路的公式近似進行計算。電路的公式近似進行計算。3. 性能指標性能指標2021/4/129二、甲乙類單電源互補對稱電路二、甲乙類單電源互補對稱電路1. 靜態偏置靜態偏置 調整調整R1、R2阻值阻值的大小,可使的大小,可使CCK21VV 此時電容上電壓此時電容上電壓CCC21VV 該電路的輸出通過大該電路的輸出通過大電容
18、電容C與負載耦合,與負載耦合,而不用變壓器,因而而不用變壓器,因而稱為稱為OTL電路。電路。2021/4/1302. 動態工作情況動態工作情況在信號的負半周,在信號的負半周,T1導通,電流流過導通,電流流過RL,同時向,同時向C充電;充電;在信號的正半周,在信號的正半周,T2導通,已充電的導通,已充電的C起著電源起著電源VCC的的作用,通過作用,通過RL放電。放電。2021/4/131采用單電源的互補對稱電路,由于加采用單電源的互補對稱電路,由于加在每個管子的工作電壓不是原來的在每個管子的工作電壓不是原來的VCC,而是而是VCC2,所以計算,所以計算PO、PT、PV和和PTM的公式中,的公式中,VCC須用須用VCC2替
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