模拟电子技术基础简明教程(第三版)第四章.ppt

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1、第一节 功率放大电路的主要特点,对放大电路的要求,放大电路中三极管的工作状态,放大电路的分析方法,下页,总目录,在一些电子设备中，常要求放大电路的输出级能带动某种负载，因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大器。,最大输出功率Pom：在正弦输入信号下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。,一、对放大电路的要求,下页,上页,首页,式中 po 为放大电路输出给负载的功率，而 pv 为直流电源Vcc所提供的功率。,放大电路输出给负载的功率由直流电源提供。在输出功率比较大的情况下，效率问题更为重要。如果功率放大电路的效率不高，不仅

2、造成能量的浪费，而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热量，使管子、元件等温度升高，因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。,下页,上页,首页,选用放大三极管时，极限参数应留有一定的余地。,下页,上页,二、放大电路中三极管的工作状态,在功率放大电路中，三极管工作在大信号状态，使得管子的特性曲线的非线性问题充分暴露出来。在实际的功率放大电路中，应根据负载的要求，尽量设法减小输出波形的非线性失真。当功率放大电路工作时，应防止三极管的工作点超出安全工作去的范围。,首页,在功率放大电路中，由于三极管的工作点在大范围内变化，因此，对电路进行分析时，一般不能采用微变等效电路法，常采用图解法分析

3、放大电路的静态和动态工作情况。,下页,上页,三、放大电路的分析方法,从功率放大电路的上述特点，可以组成功率放大的具体电路。考虑电路的具体形式时，主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率，并尽量减小输出波形的非线性失真。,首页,第二节 互补对称式功率放大电路,电路的组成和工作原理,互补对称电路主要参数的估算,下页,总目录,一、电路组成和工作原理,1.OTL乙类互补对称电路,R1 和 R2确定放大电路的静态电位。,动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。,下页,上页,首页,交越失真,ui 0时VT1导通VT2截止。,ui 0时VT2导通VT1截止。,iL=iC1 iC2,下页

4、,上页,首页,动画,2.OTL甲乙类互补对称电路,避免了ui较小时两管同时截止减小了交越失真。,iC1 和 iC2不为零，,下页,上页,首页,下页,上页,首页,仿真,Ucem=VCC-UCES,静态时 UCE1=+VCC,UCE2=-VCC。,下页,上页,3.OCL甲乙类互补对称电路,首页,仿真,下页,上页,OCL电路存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。,首页,ui 0时工作点沿QA上移。ui 0时工作点沿Q

5、B下移。,Ucem=Vcc-UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,二、互补对称电路主要参数的估算,1.OCL互补对称电路主要参数的估算,首页,Ucem=VCC-UCES,下页,上页,（1）最大输出功率,当满足条件UCES VCC时,首页,下页,上页,（2）效率,当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率pom与直流电源提供的功率PV之比。,当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为,如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数,在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集

6、电极电流为：,集电极最大允许电流ICM,因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：,首页,下页,上页,在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即,集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,当VT2导电时，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时，VT1的集电极电压达到最大，此时：,或,因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为,首页,当忽略三极管的管压降时，PTm=0.2 Pom,下页,上页,在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT，使管子发热。,集电

7、极最大允许耗散功率PCM,当集电极输出电压的峰值UOM 0.6 VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT=PTm。此时，每个三极管的最大管耗为:,因此，在选择功率三极管时应满足，PCM 0.2 Pom,首页,Ucem=-,2,Vcc,UCES,若VT1、VT2对称,下页,上页,2.OTL互补对称电路主要参数的估算,2,首页,下页,上页,（1）最大输出功率,（2）效率,首页,下页,上页,（3）功率三极管的极限参数,集电极最大允许电流ICM,集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,PTm=0.2 Pom,集电极最大允许耗散功率PCM,首页,晶体管的工作状态,甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期

8、都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。,乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。,甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,下页,上页,首页,第三节 采用复合管的互补对称放大电路,复合管的接法及其和rbe,复合管组成的互补对称放大电路,下页,总目录,一、复合管的接法及其和rbe,复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的

9、实际方向一致。其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。,下页,上页,首页,rbe=rbe1+（1+1）rbe2,(1+2+1 2)iB,iE=(1+2)(1+1)iB1=iB+iC,=1+2+12 12,iC1=1 iB1,iE1=iB2=(1+1)iB1,iC2=2(1+1)iB1,与NPN型三极管等效,下页,上页,首页,ic,ic=1(1+2)iB1=(1+1 2)iB,iE=(1+1+1 2)iB1=iC+iB,=1（1+2）12,rbe=rbe1,与NPN型三极管等效,iE1=(1+1)iB1,iC1=iB2=1 iB1,ic2=1 2

10、)iB1,下页,上页,首页,rbe=rbe1+（1+1）rbe2,=1+2+12 12,与PNP型三极管等效,=1（1+2）12,rbe=rbe1,与PNP型三极管等效,下页,上页,首页,rbe=rbe1+（1+1）rbe2,=1+2+12 12,结论：,=1（1+2）12,rbe=rbe1,下页,上页,首页,由两个相同类型的三极管组成的复合管，其类型与原来相同。,由两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型与前级三级管相同。,二、复合管组成的互补对称放大电路,VT3、VT4很难互补对称,VT3、VT4可实现互补对称,上页,首页,第四节 集成功率放大器,集成功率放大器的电路组成,集成功率放大器的

11、主要技术指标,集成功率放大器的引脚和典型接法,下页,总目录,目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集成功率放大器。集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路也集成在芯片内部，使用更加安全。集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放，从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。,下页,上页,首页,集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在于，对前者要求输出更大的功率。为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合管组成。另外，通常要求更

12、高的直流电源电压。对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。,下页,上页,首页,下页,上页,一、集成功率放大器的电路组成,输入级为双端输入、单端输出差分放大电路,镜像电流源,中间级,引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。,首页,下页,上页,二、集成功率放大器的主要技术指标,LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),首页,下页,上页,LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),首页,下页,上页,三、集成功率放大器的引脚和典型接法,引脚7 与地之间应接一个旁路电容CB,如果1、8两端开路，功率放大电路的电压增益约为20倍。,如果1、8之间仅接一个大电容，则相当于交流短路，此时功率放大电路的电压增益约为200倍。在1、8两端之间接入不同阻值的电阻，即可得到20 100之间的电压增益。但接入电阻时必须与一个大电容串联。,首页,上页,输出端通过一个250F的大电容接到负载电阻（扬声器），组成OTL准互补对称电路。1、8两端之间接入一个10F的电容，此时电压增益约为200倍。,输出端接入电阻与电容的串联回路，使负载接近于纯电阻。避免电路产生自激振荡或出现过电压。,首页,