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文档简介
第四章功率放大电路1第1页,共30页,2023年,2月20日,星期三例:扩音系统实际负载什么是功率放大器?
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2.8.1概述功率放大电压放大信号提取2第2页,共30页,2023年,2月20日,星期三一.功放电路的特点(2)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、UCEM
、PCM。
ICMPCMUCEM(1)输出功率Po尽可能大Icuce3第3页,共30页,2023年,2月20日,星期三(3)电流、电压信号比较大,必须注意防止波形失真。(4)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。PE:电源提供的直流功率。(5)功放管散热和保护问题4第4页,共30页,2023年,2月20日,星期三答:不合适,因为效率太低。uotuo射极输出器输出电阻低,带负载能力强,可以用做功率放大器吗?问题讨论:ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE5第5页,共30页,2023年,2月20日,星期三射极输出器效率低的原因:一般射随静态工作点(Q)设置较高(靠近负载线的中部),信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流(ICQ),在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗,致使效率降低。设Q点正好在负载线中点,若忽略晶体管的饱和压降,则有:UCEQ=0.5USC
;
ICQ=0.5USC/RE。ESCCQSCERUIUP2/2==OPESCESCRURU8)22/(22==UCEQ2ICQ2=6第6页,共30页,2023年,2月20日,星期三如何解决效率低的问题?办法:降低Q点但又会引起截止失真既降低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7第7页,共30页,2023年,2月20日,星期三2)分析方法不同,电压放大采用微变等效电路法和图解法;
功率放大采用图解法电压放大器与功率放大器的区别任务不同。电压放大——不失真地提高输入信号的幅度,以驱动后面的功率放大级,通常工作在小信号状态。功率放大——信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率,通常工作在大信号状态。8第8页,共30页,2023年,2月20日,星期三
BJT的几种工作状态iC甲类:最高效率50%在整个周期内iC>0(导通角=2π)静态工作点是管耗的主要因素iC甲乙类:iC>0的时间大于半个周期(π<导通角<2π)iC乙类:iC>0的时间约为半个周期(导通角=π)9第9页,共30页,2023年,2月20日,星期三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。对称电源:+USC,-USC组成互补对称式射极输出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型10第10页,共30页,2023年,2月20日,星期三一、工作原理(设ui为正弦波)ic1ic2
静态时:ui=0VT1、T2均不工作
uo=0V动态时:ui
0VT1截止,T2导通ui>0VT1导通,T2截止iL=ic1
;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意:T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。11第11页,共30页,2023年,2月20日,星期三ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图uiuououo´交越失真死区电压12第12页,共30页,2023年,2月20日,星期三ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零;(2)每管导通时间于半个周期;(3)存在交越失真。特点:乙类工作状态13第13页,共30页,2023年,2月20日,星期三互补对称功放电路工作原理VCC=VEE=VCCvI<0时的工作波形VcemIcm1/RLvI>0时的工作波形VcemIcm1/RL输出电压的最大变化范围:2Vcem输出电流的最大变化范围:2Icm14第14页,共30页,2023年,2月20日,星期三二、最大输出功率及效率的计算假设ui为正弦波且幅度足够大,T1、T2导通时均能饱和,此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为:iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降,则负载(RL)上的电压和电流分别为:15第15页,共30页,2023年,2月20日,星期三电源提供的直流平均功率计算:每个电源中的电流为半个正弦波,其平均值为:两个电源提供的总功率为:USC1=USC2=USCtic1216第16页,共30页,2023年,2月20日,星期三效率为:比较射极输出器的效(最大)25%互补对称功率放大器效率(最大)78.5%17第17页,共30页,2023年,2月20日,星期三tuo交越失真uit+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真OCL电路18第18页,共30页,2023年,2月20日,星期三1.克服交越失真的措施:R1D1D2R2
静态时:
T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降,致使两管均处于微弱导通状态;动态时:设ui加入正弦信号。正半周T2截止,T1基极电位进一步提高,进入良好的导通状态;负半周T1截止,T2基极电位进一步降低,进入良好的导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路19第19页,共30页,2023年,2月20日,星期三uB1tUTtiBIBQ波形关系:ICQiCuBEiBib特点:存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期,基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ20第20页,共30页,2023年,2月20日,星期三为更换好地和T1、T2两发射结电位配合,克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。2.UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小,B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB,则21第21页,共30页,2023年,2月20日,星期三3.电路中增加复合管增加复合管的目的:扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic1
2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合NPN型复合PNP型22第22页,共30页,2023年,2月20日,星期三改进后的OCL准互补输出功放电路:
T1:电压推动级
T2、R1、R2:
UBE倍增电路
T3、T4、T5、T6:复合管构成的输出级准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管,两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T623第23页,共30页,2023年,2月20日,星期三电路中D1和D2管的作用是消除
。A.饱和失真B.截止失真C.交越失真24第24页,共30页,2023年,2月20日,星期三(2)静态时,晶体管发射极电位UEQ
。A.>0VB.=0VC.<0V25第25页,共30页,2023年,2月20日,星期三OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型:互补对称功放的类型无输出变压器形式(OTL电路)无输出电容形式(OCL电路)26第26页,共30页,2023年,2月20日,星期三无输出变压器的互补对称功放电路一、特点1.单电源供电;2.输出加有大电容。二、静态分析则T1、T2特性对称,令:USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC27第27页,共30页,2023年,2月20日,星期三三、动态分析若输出电容足够大,其上电压基本保持不变,则负载上得到的交流信号正负半周对称,但存在交越失真。ic1ic2交越失真(UC相当于电源)RLuiT1T2+USCCAUL+-时,T1导通、T2截止;时,T1截止、T2导通。设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号28第28页,共30页,2023年,2月20日,星期三四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响,且ui幅度足够大。则:LSCLSCLRUIUU22maxmax==,u
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