[工學(xué)]8功率放大電路ppt課件

1、例例1： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。 功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取8.1 概述概述 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子任務(wù)在接近極限因此，要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子任務(wù)在接近極限形狀。普通直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載才干要強(qiáng)。形狀。普通直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載才干要強(qiáng)。分

2、析功放電路應(yīng)留意的問題分析功放電路應(yīng)留意的問題(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，功放電路中電流、電壓要求都比較大，必需留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極必需留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(2) 電流、電壓信號(hào)比較大，必需留意防止電流、電壓信號(hào)比較大，必需留意防止波形失真。波形失真。(3) 電源提供的能量盡能夠地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以電源提供的能量盡能夠地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即留意提高減少晶體管及線路上的損失。即留意提高電路的效率電路的效率。Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。負(fù)載上得到的交流信號(hào)

3、功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100maxEoPPF 提高效率提高效率F 減小失真減小失真F 管子的維護(hù)管子的維護(hù)F輸出功率大輸出功率大 射極輸出器的輸射極輸出器的輸出電阻低，帶負(fù)載才出電阻低，帶負(fù)載才干強(qiáng)，但做功放不適干強(qiáng)，但做功放不適宜。為什么？解釋如宜。為什么？解釋如下：下：NoImage問題討論問題討論Rbuo USCuiibRE射極輸出器能否做射極輸出器能否做功率放大？功率放大？NoImageRbuoUSCuiRE射極輸出器效率的估算：射極輸出器效率的估算：(設(shè)設(shè)RL=RE)uotuoibQicuceUSCESCRU假設(shè)忽略晶體管的飽假設(shè)忽略晶體管的飽和壓

4、降和截止區(qū)，輸和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)出信號(hào)uo的峰值最大的峰值最大只能為：只能為：uo的取的取值范圍值范圍QIcuCEUSCESCRU直流負(fù)直流負(fù)載線載線交流負(fù)交流負(fù)載線載線UCEQ = 0.5USC 靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)：靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)：LSCESCCQRURUI5 . 05 . 0SCoUU5 . 0max 為得到較大的輸出信號(hào)，假設(shè)將射極輸出器的靜為得到較大的輸出信號(hào)，假設(shè)將射極輸出器的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)態(tài)任務(wù)點(diǎn)Q Q設(shè)置在負(fù)載線的中部，令信號(hào)波形正設(shè)置在負(fù)載線的中部，令信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真負(fù)半周均不失真 ，如以下圖所示。，如以下圖所示。TCSCEtiUTP0d1LSCLSCLomORURURUP825

5、 . 02222maxmax%25maxmaxEOPP放大電路的輸出沒有失真的任務(wù)方式稱為甲類放大。放大電路的輸出沒有失真的任務(wù)方式稱為甲類放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUtiTUtiUTP2dd12001. 直流電源輸出的功率直流電源輸出的功率2. 最大負(fù)載功率最大負(fù)載功率3. 最大效率最大效率(RL=RE時(shí)時(shí))功率放大電路提高效率的主要途徑功率放大電路提高效率的主要途徑 降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。降低靜態(tài)功耗，即減小靜態(tài)電流。四種任務(wù)形狀四種任務(wù)形狀 根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分

6、乙類：導(dǎo)通角等于乙類：導(dǎo)通角等于180甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于甲乙類：導(dǎo)通角大于180丙類：導(dǎo)通角小于丙類：導(dǎo)通角小于180如何處理效率低的問題？如何處理效率低的問題？方法：降低方法：降低Q點(diǎn)。點(diǎn)。缺陷：但又會(huì)引起截止失真。缺陷：但又會(huì)引起截止失真。 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 無輸出變壓器方式無輸出變壓器方式 OTL電路電路無輸出電容方式無輸出電容方式 OCL電路電路OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 P

7、NP各一支；兩管特性一致。各一支；兩管特性一致。類型：類型：8.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.2.1 無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 OCL電路電路一、任務(wù)原理設(shè)一、任務(wù)原理設(shè)ui為正弦波為正弦波電路的構(gòu)造特點(diǎn)：電路的構(gòu)造特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 由由NPN型、型、PNP型三極型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。輸出器對(duì)接而成。2. 雙電源供電。雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。容。ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，

8、導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)任務(wù)的方兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)任務(wù)的方式，稱為乙類放大。式，稱為乙類放大。因此，不需求隔直電容。因此，不需求隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不任務(wù)均不任務(wù) uo = 0V乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓死區(qū)電壓uiuououo tttt交越失真：輸入信號(hào)交越失真：輸入信號(hào) ui在過零在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。為交越失真。交越失真交

9、越失真ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 乙類放大的特點(diǎn)：乙類放大的特點(diǎn)：二、最大輸出功率及效率的計(jì)算二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠?yàn)檎也ㄇ曳茸銐虼?，大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出到達(dá)最大值。時(shí)輸出到達(dá)最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC假設(shè)忽略晶體管的飽假設(shè)忽略晶體管的飽和壓降，那么負(fù)載和壓降，那么負(fù)載R

10、L)上的電壓和電流的最大幅上的電壓和電流的最大幅值分別為：值分別為：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max電源提供的直流平均功率計(jì)算：電源提供的直流平均功率計(jì)算： 每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1 =USC2 =USC01)(dsin21LSCLSCavRUttRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22221 tic1LSCRU%5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率為：效率為：LSCLSCSC

11、EEERURUUPPP22221LSCLSCSCoRURUUP21222max結(jié)論：該電路效率較高；結(jié)論：該電路效率較高； 電流、電壓波形存在失真。電流、電壓波形存在失真。三、電路的改良三、電路的改良1. 抑制交越失真抑制交越失真交越失真產(chǎn)生的緣由：交越失真產(chǎn)生的緣由： 在于晶體管特性存在在于晶體管特性存在非線性，非線性，ui IB，那么那么221RRRUUBE3. 電路中添加復(fù)合管電路中添加復(fù)合管添加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)展電流的驅(qū)動(dòng)才干。添加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)展電流的驅(qū)動(dòng)才干。復(fù)合管的構(gòu)成方式：復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：bcccbcbebbciiii

12、iiiiiii)1 (,)1 (,1212122211211becibic 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決議。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決議。方式二：方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：后晶體管的性能確定均如下：改良后的改良后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推進(jìn)級(jí)：電壓推進(jìn)級(jí) T1、R1、R2： UBE倍增電路倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)準(zhǔn)互補(bǔ) 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體

13、管，兩者特性容易對(duì)稱。型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T68.2.2 無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 OTL電路電路一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)1. 單電源供電；單電源供電；2. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析那么那么 T1、T2 特性對(duì)稱，特性對(duì)稱，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、動(dòng)態(tài)分析三、動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在設(shè)輸入端在 0.5USC 直流電平根底上參與正弦信號(hào)。直流電平根底上參與正弦信號(hào)。假設(shè)輸出電容足夠大，假設(shè)輸出電容足夠大，

14、 UC根根本堅(jiān)持在本堅(jiān)持在0.5USC ，負(fù)載上得，負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；2SCiUu 時(shí)，時(shí)，2SCiUu T1截止、截止、 T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。0.5USCuit四、輸出功率及效率四、輸出功率及效率假設(shè)忽略交越失真的影響，且假設(shè)忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。那幅度足夠大。那么：么：LSCLSCLRUIUU22maxmax、LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(dsin

15、2210ttRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUtt適用適用OTL互補(bǔ)輸出功放電路互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)理調(diào)理R,使靜態(tài)使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之間的之間的電位差等于電位差等于2個(gè)二極管正個(gè)二極管正向壓降，抑制交越失真。向壓降，抑制交越失真。Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負(fù)反響電阻，射極負(fù)反響電阻，也起限流維護(hù)作用。也起限流維護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A8.3 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路功率放大電路8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算8.3.1 電路組成電路組

16、成8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇8.3.1 電路組成電路組成 由一對(duì)由一對(duì)NPN、PNP特性一樣特性一樣的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路?；パa(bǔ)功率放大電路。1. 電路組成電路組成2. 任務(wù)原理任務(wù)原理 兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪番導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完周輪番導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完好的波形。好的波形。8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算圖解分析圖解分析1. 最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP實(shí)踐

17、輸出功率實(shí)踐輸出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算忽略忽略VCES時(shí)時(shí)L2CComax2RVP 8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP2. 管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV)d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR3. 電源供應(yīng)的功率電源供應(yīng)的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CCo

18、mVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率CComVo4=VVPP 當(dāng)當(dāng)時(shí)，時(shí)， CComVV % 78.54 8.3.2 分析計(jì)算分析計(jì)算1. 最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系由于由于8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇)4(12omomCCLT1VVVRP 當(dāng)當(dāng) 0.6VCC 時(shí)具有最大管耗時(shí)具有最大管耗CCom2VV 0.2Pom L2CC2T1m1RVP 選管根據(jù)之一選管根據(jù)之一功率與輸出幅功率與輸出幅度的關(guān)系度的關(guān)系8.3.3 功率功率BJT的選擇的選擇2. 功率功率BJT的選擇的選擇8.4 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路放大電路8.4.2 甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4.1