模擬電路功率放大new

1、第九章 功率放大電路第九章 功率放大電路9.1 概述9.2 互補(bǔ)輸出級(jí)的分析計(jì)算9.1 概述一、功率放大電路研究的問題二、對功率放大電路的要求三、晶體管的工作方式四、功率放大電路的種類 1. 性能指標(biāo)：輸出功率和效率。 若已知Uom，則可得Pom。 最大輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。 2. 分析方法：因大信號(hào)作用，故應(yīng)采用圖解法。 3. 晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。 在功放中，晶體管集電極或發(fā)射極電流的最大值接近最大集電極電流ICM，管壓降的最大值接近c(diǎn)-e反向擊穿電壓U(BR)CEO， 集電極消耗功率的最大值接近集電極最大耗散功率PCM 。稱為工作在盡限狀態(tài)。一、功率放大

2、電路研究的問題二、對功率放大電路的要求1. 輸出功率盡可能大:即在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓最大。2. 效率盡可能高: 即電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時(shí)功放管的集電極電流近似為0。4. 解決散熱問題3. 非線性失真小三 . 功放電路的分類功放按電路結(jié)構(gòu)區(qū)分可分為：1. 變壓器耦合功放 變壓器耦合功放是最早采用的功率放大電路。主要特點(diǎn)為：a) 電路簡單，體積大， 輸出功率小。b) 效率低， 50%c) 頻率響應(yīng)差，失真大。RBRL+VCCvO+vi+2. OTL (Output transformerless)功放OTL功放為單電源供電，主要特點(diǎn)為：viRLvO+VCC+ICV

3、Oc) 靜態(tài)時(shí) VO= VCC/2a)采用互補(bǔ)推挽電路作為電路的輸出級(jí)，該電路易集成， 體積小，輸出功率較大。b) 效率較高， 78.50%d) 低頻段頻率響應(yīng)差。3. OCL (Output Capacitorless)功放OCL功放為對稱雙電源供電，主要特點(diǎn)為：a)采用互補(bǔ)推挽電路作為電路的輸出級(jí)，該電路易集成， 是本節(jié)討論重點(diǎn)。c) 靜態(tài)時(shí)VO= 0b) 效率較高， 78.50%d) 頻率響應(yīng)好。viRLvO+VCC+ICVOVEE 若晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通(即導(dǎo)通角 =360),則稱之工作在甲類狀態(tài) ,構(gòu)成的功放稱為甲類功放 。 tiCOiCvCEOQIB=常數(shù)四.功放電路輸出

4、級(jí)晶體管的工作狀態(tài)1.甲類狀態(tài)(Q點(diǎn)設(shè)在負(fù)載線中央） 根據(jù)晶體管靜態(tài)偏置的不同，功放電路可分為:甲類、乙類、甲乙類和丙類功率放大器。iCRL+VCCvivCEIB 乙類功放的IC 0，靜態(tài)時(shí)不消耗功率， 最高78.5。iCvCEOQiB=常數(shù)tiCO2.乙類狀態(tài) 若晶體管僅在信號(hào)的正半周或負(fù)半周導(dǎo)通（即導(dǎo)通角 = 180 ），則稱之工作在乙類狀態(tài) ； 甲乙類功放靜態(tài)時(shí)消耗功率低于甲類高于乙類。3.甲乙類狀態(tài) 若晶體管的導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期且小于周期（即導(dǎo)通角 =180 360 ），則稱之工作在甲乙類狀態(tài) ； tiCOiCvCEOQiB=常數(shù) 原始的互補(bǔ)功率輸出級(jí)電路的原形是雙共集電路，NPN管

5、與PNP管極性相反特性相同且互補(bǔ)。每支晶體管只擔(dān)任半個(gè)周期信號(hào)的放大。9.2 互補(bǔ)功率放大電路原始的互補(bǔ)功率輸出級(jí)電路克服交越失真的互補(bǔ)功率輸出級(jí)電路T1T2RL+VCCvi VCCvOR1R2T1T2RL+VCCD1D2vivo+ABVCC一.電路分析乙類OCL功放T1T2RL+VCCvi VCCvOiC2iC1 互補(bǔ)推挽電路的電路原形是CC電路，具有CC電路的基本特性：Ri 大; 輸入電流小;RO 小輸出電流大;vO vi 電壓跟隨 功放電路分析主要計(jì)算的電路參數(shù)為： POM 最大交流平均輸出功率； PT 晶體管功率損耗 (管耗) ； h 效率h = PO / PV1). 最大交流平均輸出

6、功率POMT1T2RL+VCCvi VCCvOiC1VO= IC1 RL=VCC VCE當(dāng)ViIC1VOVCE 輸出最大時(shí) VOM =VCC VCES波形關(guān)系：正半周時(shí)交直流負(fù)載線為：iC1IC1MVCCiC1QvCEVCESvCE=VCC iC1 RL ti0 tvCE1vCE2VCCiC1QvCE1iC2vCE2VCES2VCES1最大不失真電流 Iom= Icm1 = Icm2最大不失真幅度 Vom= Vcem1 = Vcem2=VCC-VCES輸出最大電流的振幅值為：輸出最大電壓的振幅值為：VOM =VCC -VCES最大輸出平均功率為：VCCiC1QvCEVCES當(dāng)VCC VCES

7、時(shí)iCRL+VCCvivOT1大功率管的UCES常為23V。2).晶體管功率損耗(管耗)PTT1T2RL+VCCvi VCCvOiC1設(shè)：vi=Vimsint ; vo=Vomsint3).最大兩管管耗PTM 當(dāng)Vom0.64VCC 時(shí)，管耗最大。(兩管管耗)T1T2RL+VCCvi VCCvOiC2iC1 假設(shè)最大輸出功率為10W，選額定管耗大于2W的晶體管。單管管耗PT1M= PT2M = 0.2POM4).電源供給的功率PV5).效率當(dāng)滿激勵(lì)時(shí) Vom =VCC -VCESVCC ;PTVom0.4POM0.27POMVCC0.64VCC放大器功率計(jì)算小結(jié)：當(dāng)Vom= 0.64VCC 時(shí)

8、,管耗最大。PTM 0.4POM當(dāng)Vom=VCC時(shí),效率最高。PT0.27POM、電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證輸出功率晶體管的極限參數(shù)滿足PT1,20.2POM 、UBR(CEO)2VCC 、ICMAXVCC/RL。二、單電源互補(bǔ)對稱電路(OTL電路)R1R2T1T2RL+VCCD1D2vivo+VCCOTL電路 單電源OCL電路 雙電源R1R2T1T2RLC+VCCD1D2vivo+圖示電路中IC為集成互補(bǔ)推挽功放電路，若忽略IC中輸出晶體管的飽和壓降，則電路的最大輸出功率POM 約等于 ( ) 。1) 6W； 2) 9W；3) 12W；4) 15W 。vi6WvO+24V+ICRLC2C1單選題：3例

9、1. 設(shè)電路如圖所示, 設(shè)VCES= 0，試計(jì)算：(1) vi的有效值Vi=10V 時(shí), 電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率；(2) vi的幅值Vim =20V時(shí), 電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率。T1T2RL+20Vvi 20VvO8+解:(1)vi =10V(2) Vim= VCC 則 Vom= VCC =20V, 為滿激勵(lì)情況。T1T2RL+20Vvi 20VvO8+討論一3. 最大輸出功率和效率的表達(dá)式；1. 指出圖中放大電路部分；2. 說明電路中是否引入了級(jí)間反饋，是直流反饋還是交流反饋，若為交流負(fù)反饋則說明其反饋組態(tài)；4. 說明如何估算在輸出最大功率時(shí)輸入電壓的有效值；5. 說明D1D3和RW的作用，C1C4的作用；6. 說明哪些元件構(gòu)成過流保護(hù)電路及其原理。討論二：出現(xiàn)下列故障時(shí)，將產(chǎn)生什么現(xiàn)象?1. R2短路