模电22曲师大模电.ppt

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1、第八章功率放大电路,8.1 功率放大电路的一般问题,8.3 乙类互补对称功率放大电路,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.5 集成功率放大器,8 功率放大电路,甲乙类双电源互补对称电路,甲乙类单电源互补对称电路,8.2 甲类放大,多级放大电路,输入级Ri,中间放大级AV,输出级Ro,共集、共射,共射、共基,共集,第5章 场效应管,第6.2节 差分放大电路,2个信号相减,第8章 功率放大电路,直接耦合零漂,Ri,RL特别小,第6.1节 电流源,第6章 集成运算放大器,性能改善,第7章 反馈技术、方法,第8、9、10章 运算放大器应用 各种功能电路,例：扩音系统,功率放大器的作用：电子设备通常

2、由多级放大器组成，而最后一级总是要推动一定的负载，功率放大器就是用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,概述,例2：温度控制,R1-R3:标准电阻,Ua:基准电压,Rt:热敏电阻,A：电压放大器,Rt,T,UO,室温T,Ub,UO1,功率放大电路构成的耳聋助听器电路,该图是用功率放大电路XG2822构成的耳聋助听器电路。适用于各种耳聋程度不同的患者。,功率放大电路构成的汽车倒车报警电路,该图是用功放电路LM386构成的汽车倒车报警电路。,以上是功率放大电路在2个方面的应用，由于功率放大电路可以提供足够的输出电压和电流以驱动输出执行机构，通过输出执行机

3、构把电能转换为其他形式的能，故还可用来驱动记录仪、阴极射线管（CRT）、继电器、伺服电机等，用途相当广泛。,8.1 功率放大电路的一般问题,1.定义,是一种以输出较大功率为目的的放大电路，因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载，带载能力要强。特殊工作场合：负载RL特别小,2.几个特殊问题,(1)性能指标,(2)大信号（极限）状态,(3)如何提高输出功率,8.1 功率放大电路的一般问题,2.几个特殊问题,(1)性能指标,输出功率,效率,(2)大信号（极限）状态,功放管的安全问题（ICM、PCM、V(BR)CEO）,分析方法：大信号模型、图解法（求Vom）,(

4、3)如何提高输出功率,最大输出功率Pomax=?,忽略输入功率,所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个值越大，意味着效率越高。,8.1 功率放大电路的一般问题,2.几个特殊问题,(3)如何提高输出功率,Vom、Iom Po,电源功率PV一定时:PT Po（即提高效率）,ICM、PCM、V(BR)CEO安全区域限制,要求最佳负载,Q下移 PT 效率 但非线性失真严重,功放电路中电流、电压都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、V（BR）CEM、PCM。,注意：电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。在功放电路中，有相当大的功耗在管子的集电结上，使

5、结温和管壳温度升高，因此也必须注意放大器件的散热问题。另外，在功放电路中，功率管损坏的可能性也较大，所以要注意保护功率管。,3.要解决的问题,提高效率,减小失真,管子的保护,4.三种工作状态,三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：,乙类：导通角等于180,甲类：一个周期内均导通,甲乙类：导通角大于180,丙类：导通角小于180,#功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：,射极输出器能否做功率放大？,8.2 甲类放大,射极输出器效率的估算：,(设RL=RE),若忽略晶体管的饱和压降和截止

6、区，输出信号vo的峰值最大只能为：,vo的取值范围,直流负载线,交流负载线,VCEQ=0.5VCC,静态工作点：,为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真，如下图所示。,三极管的静态功耗：,若,动态功耗,（当输入信号Vi时）,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,最大输出功率,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小 静态功率大，效率低，但失真小,甲类单管功率

7、放大电路及相关波形,在该电路中，C1为输入交流耦合电容，T为输出变压器，其一次绕组串接在VT1的集电极回路中，作为VT1的集电极负载，二次侧直接驱动扬声器BL，BL是一种低阻抗的发声元件，采用变压器可以起到阻抗变换作用，可以使负载获得较大的功率。,电路中的VT1管通过R1与R2分压得到基极偏置电压，通过T一次绕组n1得到了集电极电压。,但该电路无论有无输入信号ui，VT1始终处于导通状态，静态电流比较大，也就是VT1的集电极损耗较大，效率较低，约为35%左右。,由于VT1的导通与输入信号无关，故称这种工作状态为甲类工作状态，通常多应用在功率较小的场合。其输入耦合方式也可以是变压器耦合方式。,如

8、何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。,缺点：但又会引起截止失真。,上图所示是一种较典型的乙类推挽功率放大电路及其相关波形。该电路的工作电源UCC连接在输出变压器T2一次的中间抽头处，通过2组绕组加到2个管子VT1与VT2的集电极上。输入信号ui通过输入变压器T1耦合，由其二次侧的两级绕组加到VT1与VT2的基极。,乙类功率放大电路,电路是由2个特性基本相同的三极管VT1与VT2组成了对称放大电路，当无信号输入时（即ui=0），VT1与VT2均处于截止状态，静态工作电流近于零，当有信号输入时，才会有管子导通。,以输入

9、信号ui为正弦波为例，其工作情况如下。（1）负半周：当输入的正弦波信号为正半周时，VT1导通、VT2截止。,（2）负半周：当输入的正弦波信号为负半周时，VT2导通、VT1截止。这样，VT1与VT2交替导通时产生的电流在输出变压器T2中合成后，就可在负载上获得纯正的正弦波。,由此可见，VT1与VT2只有在输入信号的作用下才会导通，通常将这种状态称为乙类工作状态，又由于VT1与VT2是交替工作的，故称这种形式为推挽方式。,主要特点,乙类推挽放大电路的输出功率较大，失真较小，效率较高（通常可达到60%左右），故在一些低功耗的场合应用较多，但由于其需要配置输入、输出变压器，故成本较高。,OTL:Out

10、put TransformerLess,OCL:Output CapacitorLess,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。,类型：,8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,1.电路组成,由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。,(1)互补：,vi=0 vBE1=vBE2=0 T1,T2截止,iO=0,vO=0,vi 0 vBE1=vBE2 0 T1导通,T2截止,iO=iE1,vO 0,vi 0 vBE1=vBE2 0 T1截止,T2导通,iO=iE2,vO 0,(2)对称：,NPN、PNP特

11、性相同（对管）,正、负电源相等,2.工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。,工作原理（设vi为正弦波）,静态时：,vi=0V ic1、ic2均=0（乙类工作状态）vo=0V,动态时：,vi 0V,T1截止，T2导通,vi 0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。,输入输出波形图,死区电压,由于没有直流偏置，功率管的iB必须在|vBE|大于门坎电压时，才有显著变化。当输入信号低于这个值时，T1T2都截止，会出现一段死区。这种现象称为交越失真。,(1)静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间

12、为半个周期；(3)存在交越失真。,特点：,2.分析计算,(1)图解分析（求Vom）,输出功率,最大不失真输出功率,效率,8.3.2 分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,（2）管耗PT,两管管耗,最大管耗与最大输出功率的关系,选管依据之一,8.3.2 分析计算,（3）电源供给的功率PV,当,（4）效率,当,8.3.3 功率与输出幅度的关系,1.PCM PT1max=0.2PoM,2,3、,8.3.3 功率BJT的选择,4.功率BJT的选择（安全问题）,因为,当 0.6VCC 时具有最大管耗,0.2Pom,最大管耗 PCM,要考虑3个极限参数：PCM、ICM、V(BR)CEO,集电极最大电流 ICM,最大管压降 V(BR)CEO,