模拟电子技术第9章功率放大电路.ppt
9.1 功率放大电路的特点及分类,1特点,（1）要有尽可能大的输出功率,（2）效率要高,（3）非线性失真要小,（4）要加装散热和保护装置,（5）要用图解法分析,9 功率放大电路,2工作状态分类,(1)甲类放大电路,根据晶体管的静态工作点的位置不同分：,b.能量转换效率低,特点：,c.放大管的导通角=2,静态工作点位置,集电极电流波形,(2)乙类放大电路,b.能量转换效率高,c.输出失真大,特点：,d.放大管的导通角=,集电极电流波形,静态工作点位置,(3)甲乙类放大电路,a.静态功耗较小,b.能量转换效率较高,c.输出失真较大,特点：,d.放大管的导通角 2,t,集电极电流波形,静态工作点位置,思 考 题,1.功率放大器的作用是什么？对它有那些要求？它与电压放大电路有那些区别？,2.试说明甲类、乙类、甲乙类功率放大器的区别？,9.2 互补推挽功率放大电路,电路特点：,（1）晶体管T1、T2特性对称,（2）电源对称,（3）T1、T2射极输出,乙类互补推挽功率放大电路,1.工作原理,a.当ui=0 时,设ui=Uimsin t,T1、T2截止,UA=0,uO=0,静态功耗为零,b.ui 0 时,T1导通,T2截止,输入信号,输出信号,电流方向,uOui,+,c.ui 0 时,T2导通,T1截止,输入信号,输出信号,电流方向,uOui,乙类互补推挽电路工作情况,T1通,T2通,Uopp=2(VCC UCES),2.主要指标计算,（1）输出功率,当Uom达到最大值(VCC UCES)时,设,当忽略三极管的饱和压降UCES时,（2）电源供给的功率,平均集电极电流IC(AV)为,两个电源供给的总电源功率,（3）能量转换效率,(4)晶体管的耗散功率,令,最大管耗为,即当输出电压幅值为,晶体管的管耗最大,每只管子的最大管耗为,当ui较小时，管子T1、T2都截止,3.电路存在的主要缺陷,存在交越失真,a.失真的原因,晶体管存在死区电压。,b.失真的现象,输出电流出现一段“死区”,交越失真,在两个管子交替工作区域出现的失真称为交越失真,输入信号,输出信号,交越失真的产生,4.克服交越失真的常用方法,给功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微导通状态，即甲乙类工作状态。,9.2.2 甲乙类互补推挽电路,1.利用二极管提供偏压,二极管提供偏压，使T1、T2微导通状态,2.利用扩大电路实现偏置,图中,（1）当uI=0 时,2.工作原理,uA=VCC/2,uC=VCC/2,输出电压uO=0,1.电路组成,单电源功率放大电路,（2）当uI为负半周时,T1导通，T2截止,电容C同时充电,uB1信号为正半周,uB1,uB2,输出信号为正半周,T1截止，T2导通,电容C放电,uB2信号为负半周,uB1,uB2,（3）当uI为正半周时,输出信号为负半周,注意：,电容C起负电源-VCC的作用,1.每只管子的工作电压变成了VCC/2，在计算各项指标时电源电压要用VCC/2。,2.电容C足够大，使输出正负半周对称。,1.电路组成,前置级为运放的功率放大电路,2.电路特点,(1)电路引入了电压并联负反馈。,(2)电路的稳定性高。,3.电路的闭环电压增益,思 考 题,1.乙类互补推挽功率放大器产生交越失真的原因是什么？怎么克服交越失真？,2.为什么说前置级为运放的功率放大电路交越失真很小？,双极型功率晶体管（BJT）,1.功率管的选择,（1）PCM0.2Pom,（2）|U(BR)CEO|2VCC,（3）ICMVCC/RC,9.3 功率器件与散热,极限参数应满足(在互补推挽功率放大电路中),2二次击穿的影响,二次击穿,一次击穿,S/B曲线,二次击穿现象,二次击穿临界曲线,1.V型NMOS管的结构,结构剖面图,功率MOSFET,2.V型NMOS管的主要特点,（1）开关速度高,（2）驱动电流小,（3）过载能力强,（4）易于并联,绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：,（1）输入阻抗高,（2）工作速度快,（3）通态电阻低,（4）阻断电阻高,（5）承受电流大,兼顾了MOSFET和BJT的优点，成为当前功率半导体器件发展的重要方向。,功率器件的散热,晶体管的散热示意图,功率器件的散热分析方法：,即用电路来模拟功率器件的散热回路,导电回路和散热回路参数对照表,电热模拟法,Tj集电结的结温,Tc 功率管的壳温,Ts 散热器温度,Ta 环境温度,Rjc 集电结到管壳的热阻,Rcs 管壳至散热片的热阻,Rsa 散热片至环境的热阻,散热等效热路,散热回路的总热阻为,最大允许功耗,练习题,例1 乙类互补推挽功放电路如图所示。已知ui为正弦电压，RL=8W，要求最大输出功率为16W。假设功率管T1和T2特性对称，管子的饱和压降UCES=0。试求：,（1）正、负电源VCC的最小值；（2）当输出功率最大时，电源供给的功率；（3）当输出功率最大时的输入电压的有效值。,解（1）由于电路的最大输出功率,所以电源电压,（2）当输出功率最大时，电源供给的功率,（3）因为输出功率最大时，输出电压的幅值为,所以输入电压的有效值为,例2 在图示的电路中，已知运放性能理想，其最大的输出电流、电压分别为15mA和15V。设晶体管T1和T2的性能完全相同，=60，|UBE|=0.7V。试问,（1）该电路采用什么方法来减小交越失真?。,（2）如负载RL分别为20 W、10 W时，其最大不失真输出功率分别为多大?,（3）为了使不失真输出功率达到最大，其电路的最佳负载RLopt 及此时的最大输出功率Pom。,（4）功放管T1 和T2的极限参数PCM、ICM 和|U(BR)CEO|应 选多大?,解（1）在电路即将导通之时，电路中各支路中的电流为零。这时,在管子即将导通时，uo1等于其死区电压UBE(th)。,故 电路的死区电压Ui(th)为,可见，由于运放的Auo很大，与未加运放的乙类推晚功放电路相比，输入电压的不灵敏区减小了，从而减小了电路的交越失真。,（2）由图可知，功放电路的最大输出电流为,最大输出电压为,那么，受输出电压的限制，电路的最大输出功率为,当 时，因为,故 受输出电流的限制，电路的最大输出功率为,（3）为了充分利用运放输出的最大电流和电压，功放电路的最佳负载应为,当 时，,此时电路的最大输出功率为,（4）在上述3种负载情况下，两管的最大功耗分别为：,当 时，,当 时,当 时,因此，选择每只管子的功耗,又由于在3种负载中出现的最大输出电压、电流为,因此选择每管的、应满足,
