模电第八章1第五版-康华光.ppt
U,D,第八章功率放大电路,8.1 功率放大电路的一般问题1功率放大电路的特点及研究对象 信号的传输放大：电压、电流、功率。并没有明确的界限，主要是侧重点不同。功率放大放大功率，以推动一定的负载（如扬声器、打字机、继电器、电动机等等），通常作为多级放大器或功能器件（如运算放大器）的输出级。,注：功率放大电路是对交流信号的功率放大，实质是能量的转换。功率放大电路与电压放大电路的主要对比：,信号电压放大，不失真,信号功率放大，失真小,电压放大倍数、输入、输出电阻,输出功率、转换效率、非线性失真,通常在小信号工作状态,通常在大信号工作状态,小信号模型等效电路,图 解 法,U,D,功率放大电路的特殊的要求：（1）要求输出功率尽可能的大，并安全可靠的工作。（因V、I幅度大，管子可能工作在接近极限状态。）（2）效率要高。（直流功率转换成有用功率的比例越高，对外部电源的要求就低，）（3）非线性失真要小。（在大信号下工作，效率高和非线性失真小是一对矛盾，因此，应根据不同的场合采取不同的要求，给予合适的平衡。）（4）对元器件在极限状态下工作采取适当的保护措施。（三极管的散热、耐压、耐流，等等。）,2功率放大电路提高效率的主要途径在电路中，电源（如VCC）以 直流功率的形式主要输出给两部分：,一部分是被转换的交流功率消耗在负载上；另一部分消耗在电路本身管子、电阻等，尤其是管耗。,U,D,在电压放大电路中，为保证电路不失真的传输放大信号，工作点一般置于交流负载线的中点，这就使得电路在信号为零时（此时输出的交流功率为零），仍然存在管耗，显然，效率不高。提高效率的途径是降低工作点。3功率放大电路的分类 根据工作点的位置和管子的导通角，功率放大电路主要分为：,特点和用途：工作点较高，=T。管耗大、效率低（理论值最大为50%）。用于小信号放大和驱动级。,（1）甲类,U,D,（2）乙类,特点和用途：工作点在横轴，=T/2。管耗小、效率高（理论值最大为78%），失真大。用于功率放大。,（3）甲乙类,特点和用途：工作点较低，T/2T。管耗较小、效率较高（理论值最大在5078%之间），失真较大。用于功率放大。,8.2 射极输出器甲类放大的实例,简化电路,带电流源详图的电路图,电压与输入电压的关系,设T1的饱和压VCES0.2V,vi正半周时，vO正向振幅最大值,vi负半周时，vO负向振幅最大值,若T1首先截止,若T3首先出现饱和,8.2 射极输出器甲类放大的实例,U,D,8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路8.3.1 电路及原理分析1电路构成,构成特点：由两个射随器“并联”而成，且两管分别为NPN和PNP（互补）。,2原理分析设：输入信号幅度远大于管子发射极的“死区”，T1、T2管的性能参数一样。（vo=vi）当vi=0 时，vo=0；,当vi0（正半周），T1通，T2止，vo0。,当vi0（负半周），T1止，T2通，vo0。,输出得以完整，双倍的电路完成一级的工作。这种互补也称为“推挽”互补。,这种电路也称为OCL功放电路（Output Capacitoriess 输出无电容）。,U,D,8.3.2 参数计算及分析分析思路：大信号，图解法。首先确定输出电流io和输出电压vo变化范围，然后根据定义求输出功率Po、管耗PT、电源供给的功率PV以及效率。,根据电路分析可得：输出最大不失真电压幅度：vom=VCCvces；若vces0，则vom VCC 输出最大电流幅度：iom=vom/RL。最大变化范围：2iom和2vom。,U,D,1计算输出功率Po（注意：交流电路中计算有用功用有效值而不求瞬时功率，下同）,若vom VCC，则：,2计算管耗PT,若vom VCC，则：,单管管耗：,注意：计算时应特别注意Vo、Vom、VCC 的区别。（下同）,U,D,3计算电源供给功率PV,若vom VCC，则：,4计算效率,在vom VCC 时，可得到最大效率：,注：实际效率要低于78.5%，因为需要考虑VCES、VCUT的因数，将使Vom不可能达到VCC。,U,D,1最大管耗与输出功率的关系 管耗是选择管子的重要依据之一，因此需要求出最大管耗。根据求极值的方法，首先求出管耗最大时的输出电压值：,可知，在 时，管耗有极大值：,结论：乙类功放电路中，在输出电压幅度为0.6VCC时，管耗最大，相当于0.2Pom。,注：实际管耗要略大于此值（考虑其他因数），所以在选管时要放有裕量。Po、PT、PV之间的关系参看教材P391图。,8.3.3 功率BJT的选择,U,D,2BJT功率管的选择 选择BJT功率管时，应注意极限参数必须满足：每只管的最大允许管耗必须大于PT1m=0.2Pom。管子的耐压V(BR)CEO应2VCC。（因为截止管c-e两端最大时承受着约2VCC 的电压）通过管子集电极的电流Iom=VCC/RL应 ICM。说明：实际使用中，通常取1.52倍的裕量（因为手册中给出的极限值本身就有裕量）。,例1工作在乙类的OCL电路如图所示。已知VCC=12V，RL=8，vi为正弦电压。1求在Vces0 的时，电路的最大输出功率Pomax、及此时的效率和管耗PT。2根据主要极限值选择管子。3求管耗最大时的输出功率Po。4当=0.5时，其Po为多少？,解：（1）因Vces0，vom最大可达VCC，,U,D,（3）因为管耗最大时Vom0.6VCC，所以管耗最大时的输出功率为：,（4）因为在 时，,U,2根据主要极限值选择管子。3求管耗最大时的输出功率Po。4当=0.5时，其Po为多少？,（2）所选功率管的最大允许管耗必须PCM必须大于PT1max0.2Pom=1.8W;管子c-e耐压V(BR)CEO应大于2Vcc=24V；管子的最大集电极电流ICM应大于Iomax=Vcc/RL=12/8=1.5A,作业：,
