模拟电路第五版第八章.ppt

1,8.1 功率放大电路的一般问题,8.3 乙类双电源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,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 功率放大电路,2,8.1功率放大电路的一般问题,例:扩音系统,什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。,3,8.1功率放大电路的一般问题,1.功放电路(power amplifiers)的特点,功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、VCEM 、 PCM 。,（1）输出功率Po尽可能大。,safe operating region,4,8.1功率放大电路的一般问题,1.功放电路(power amplifiers)的特点,（3）电流、电压信号比较大，必须注意防止波形非线性失真。,（2）电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Po: 负载上得到的交流信号功率。 PV ：电源提供的直流功率。,（4）功放管散热和保护问题,分析功放电路一般应用图解法,5,8.1功率放大电路的一般问题,2.提高效率的主要途径,甲类功率放大器分析,（1）三极管的静态功耗：,电源提供的平均功耗（忽略基极电流）：,6,若,则,无信号输入时，电源功率全部消耗在管子和电阻上,8.1功率放大电路的一般问题,2.提高效率的途径,甲类功率放大器分析,（2）动态功耗,输出功率:,7,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:,8.1功率放大电路的一般问题,2.提高效率的途径,8,8.1功率放大电路的一般问题,2.提高效率的途径,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,功放电路提高效率的主要方法: 减少静态时的损耗，即降低静态工作点。,9,8.1功率放大电路的一般问题,3. BJT的几种工作状态,甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。,甲乙类：介于两者之间，导通角大于180,10,8.1功率放大电路的一般问题,3. BJT的几种工作状态,乙类和甲乙类放大电路的效率提高了，但同时出现了严重的非线性失真，为解决这一矛盾，选用两只特性完全相同的BJT，使它们轮流工作于信号的正负半周进行放大，最后在负载上合成完整的信号波形。,乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。,11,简化电路,带电流源详图的电路图,用电流源作射极偏置和负责的射极输出器简化电路.电压增益近似为1,电流增益很大,可获得较大的功率增益,输出电阻小,带负载能力强.,1.电路结构及工作原理,8.2共射级放大电路甲类放大的实例,12,设T1的饱和压VCES0.2V,vo正向振幅最大值:,vo负向振幅最大值:,若T1首先截止,若T3首先出现饱和,1.电路结构及工作原理,设vi为正弦波,若T1工作在放大区,be间压降为0.6V .,若vi为正半周,T1进入零界饱和,vo正向振幅达到最大.,若vi为负半周,T1出现截止或T3达到饱和,vo将出现削波.,8.2共射级放大电路甲类放大的实例,13,2.功率及功率计算举例,8.2共射级放大电路甲类放大的实例,例8.2.1,(1)求最大输出功率Pom:,(2)求管耗和电流源损耗:,T1的集电极电流近似为:,由于正弦信号的平均值为0, iC1的平均值IC1AV=IBIAS=1.85A,正电源VCC提供的功率:,PVC=VCCIC1AV=151.85=27.75W,负电源VEE提供的功率:,PVE=PBIAS=VEE(IBIAS+IREF)=1521.85=55.5W,14,2.功率及功率计算举例,8.2共射级放大电路甲类放大的实例,(3)求放大器的效率:,电源供给的总功率应等于输出功率加上电流源和T1管消耗的功率:,PVC+PVE=POM+PBIAS+PT1,PT1 = PVC+PVE-POM-PBIAS,= (27.75+55. 5-55. 5-13.69)W=14.06W,例8.2.1,结论:该工作在甲类的射极输出器的效率小于25%.,即使在理想情况下,甲类放大电路的效率最高也只能达到50%.,15,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。组 成互补对称式射极输出器。,类型：,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,16,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,8.3.1 电路的组成,（1）由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,（2）双电源供电。,（3） 输入输出端不加隔直电容。,工作在乙类的放大电路,管耗小,效率高,但存在严重的失真,输入信号的半个波形都被削掉了;,用两个工作在乙类的管子轮流导通,一个得到正半周波形,一个得到负半周波形,都加到负载上,得到完整的波形;,17,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,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,因此，不需要隔直电容。,正半周时： vo VCC vce1,负半周时： vo VCC vce2,18,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,工作原理（设vi为正弦波）,输入输出波形图,死区电压,由于BJT存在死区电压，在无偏置的情况下，当输入信号小于死区电压时，两个管子均截止，负载上无电流，输出电压出现一段死区。,19,将T2的特性曲线倒置在T1特性曲线的右下方。,iC1,VCE1,VO,iC2,VCE2,VO,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,20,1.输出功率,设输出电压的幅值为Vom:,射极输出器,AV1,当输入信号足够大有:,可得到最大输出功率:,8.3.2分析计算,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,21,2.管耗PT,设输出电压为:,两管的管耗为:,8.3.2分析计算,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,22,当输出电压幅值达到最大VomVCC,4.效率,当输出电压幅值达到最大VomVCC:,3.直流电源供给的功率PV,8.3.2分析计算,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,23,乙类放大电路静态时,管子几乎没有电流,管耗接近于零;故输入信号较小时,输出功率较小,管耗较小;,当输入信号愈大时,输出功率愈大,管耗也就愈大?,即最大管耗发生在:,1.最大管耗和最大输出功率的关系,8.3.3功率BJT的选择,用PT1对Vom求导,并令导数等于零:,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,24,2. 功率BJT的选择：,(1) PCM PT1m =0.2Pom,(2),(3),8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.27,0.137,0.76,PT1,Po,PV,0.36,25,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,存在交越失真（crossover distortion）,乙类互补对称功放的缺点,26,T3组成前置放大级,T1、T2组成互补输出级;,静态时:D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了适当的偏压,使之微导通,iC1=iC2, iL=0, vO=0;甲乙类工作状态。,D1、D2的交流电阻很小,缺点:偏置电压不易调整;,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.4.1甲乙类双电源互补对称电路,1. 基本原理,动态时：设 vi 加入正弦信号。负半周 T2 截止，T1 导通状态；正半周T1截止，T2 导通状态。,27,流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流;,利用T4管的VBE4基本为一固定值,（硅管0.60.7V）,适当调节R1、R2值,改变T1、T2的偏压,在集成电路中经常用到;,2. vBE电压倍增电路, 8.4.1甲乙类双电源互补对称电路,28,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,1. 基本电路,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,（1）静态偏置,调整R2阻值的大小，可使,此时电容上电压,D1 、 D2使B1和B2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,29,令-VCC=0,在输出端与负载之间加接一大电容C；,甲乙类双电源互补对称电路,甲乙类单电源互补对称电路,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,30,静态时: 由于电路对称，iC1=iC2 , iL=0 , vO=0; VK=VCVCC/2；（VC是电容两端的电压）,动态时: 信号负半周: vb1升高，T1导通， T2截止，电流经Vcc、T1、C、RL对C充电，输出vO的正半周；,信号正半周: vb2降低，T2导通，T1截止，电流由电容C放电提供，经C、T2 、R