模電曲師大模電

模電曲師大模電課件第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1功率放大電路的一般問題8.3乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路

8.4甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路8.5集成功率放大器8功率放大電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路8.2甲類放大第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月多級(jí)放大電路輸入級(jí)—Ri中間放大級(jí)—AV輸出級(jí)—Ro共集、共射共射、共基共集第5章場效應(yīng)管第6.2節(jié)差分放大電路2個(gè)信號(hào)相減第8章功率放大電路直接耦合零漂RiRL特別小第6.1節(jié)電流源第6章集成運(yùn)算放大器性能改善第7章反饋技術(shù)、方法第8、9、10章運(yùn)算放大器應(yīng)用各種功能電路第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：電子設(shè)備通常由多級(jí)放大器組成，而最后一級(jí)總是要推動(dòng)一定的負(fù)載，功率放大器就是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、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。概述功率放大電壓放大信號(hào)提取第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua:基準(zhǔn)電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUO室溫T

溫度調(diào)節(jié)過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月功率放大電路構(gòu)成的耳聾助聽器電路該圖是用功率放大電路XG2822構(gòu)成的耳聾助聽器電路。

適用于各種耳聾程度不同的患者。第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月功率放大電路構(gòu)成的汽車倒車報(bào)警電路該圖是用功放電路LM386構(gòu)成的汽車倒車報(bào)警電路。第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月?以上是功率放大電路在2個(gè)方面的應(yīng)用，由于功率放大電路可以提供足夠的輸出電壓和電流以驅(qū)動(dòng)輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能，故還可用來驅(qū)動(dòng)記錄儀、陰極射線管（CRT）、繼電器、伺服電機(jī)等，用途相當(dāng)廣泛。第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1功率放大電路的一般問題1.定義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。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。特殊工作場合：負(fù)載RL特別小2.幾個(gè)特殊問題(1)性能指標(biāo)(2)大信號(hào)（極限）狀態(tài)(3)如何提高輸出功率第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1功率放大電路的一般問題2.幾個(gè)特殊問題(1)性能指標(biāo)輸出功率效率(2)大信號(hào)（極限）狀態(tài)功放管的安全問題（ICM、PCM、V(BR)CEO）分析方法：大信號(hào)模型、圖解法（求Vom）(3)如何提高輸出功率最大輸出功率Pomax=?忽略輸入功率所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。這個(gè)值越大，意味著效率越高。第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月8.1功率放大電路的一般問題2.幾個(gè)特殊問題(3)如何提高輸出功率Vom、Iom

Po電源功率PV一定時(shí):PT

Po（即提高效率）ICM、PCM、V(BR)CEO安全區(qū)域限制要求最佳負(fù)載Q下移PT效率但非線性失真嚴(yán)重第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月功放電路中電流、電壓都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、V（BR）CEM

、

PCM

。

ICMPCMVCEMIcvce第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。在功放電路中，有相當(dāng)大的功耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高，因此也必須注意放大器件的散熱問題。另外，在功放電路中，功率管損壞的可能性也較大，所以要注意保護(hù)功率管。3.要解決的問題提高效率減小失真管子的保護(hù)第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月4.三種工作狀態(tài)三極管根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，可分為幾個(gè)工作狀態(tài)：乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°#

功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月射極輸出器的輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，但做功放不適合。為什么？解釋如下：問題討論Rbvo

VCCviibRE射極輸出器能否做功率放大？8.2甲類放大第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月RbvoVCCviRE射極輸出器效率的估算：(設(shè)RL=RE)votvoibQicvceVCC第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)vo的峰值最大只能為：vo的取值范圍QIcvCEVCC直流負(fù)載線交流負(fù)載線VCEQ=0.5VCC

靜態(tài)工作點(diǎn)：為得到較大的輸出信號(hào)，假設(shè)將射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）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，如下圖所示。第18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管的靜態(tài)功耗：若第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號(hào)Vi時(shí)）放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一三角形稱為功率三角形。

要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Vom

和Iom

都要大。最大輸出功率第20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月電源提供的功率此電路的最高效率甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：

輸出功率小靜態(tài)功率大，效率低，但失真小第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月甲類單管功率放大電路及相關(guān)波形在該電路中，C1為輸入交流耦合電容，T為輸出變壓器，其一次繞組串接在VT1的集電極回路中，作為VT1的集電極負(fù)載，二次側(cè)直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器BL，BL是一種低阻抗的發(fā)聲元件，采用變壓器可以起到阻抗變換作用，可以使負(fù)載獲得較大的功率。電路中的VT1管通過R1與R2分壓得到基極偏置電壓，通過T一次繞組n1得到了集電極電壓。但該電路無論有無輸入信號(hào)ui，VT1始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，靜態(tài)電流比較大，也就是VT1的集電極損耗較大，效率較低，約為35%左右。由于VT1的導(dǎo)通與輸入信號(hào)無關(guān)，故稱這種工作狀態(tài)為甲類工作狀態(tài)，通常多應(yīng)用在功率較小的場合。

其輸入耦合方式也可以是變壓器耦合方式。第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月上圖所示是一種較典型的乙類推挽功率放大電路及其相關(guān)波形。

該電路的工作電源UCC連接在輸出變壓器T2一次的中間抽頭處，通過2組繞組加到2個(gè)管子VT1與VT2的集電極上。輸入信號(hào)ui通過輸入變壓器T1耦合，由其二次側(cè)的兩級(jí)繞組加到VT1與VT2的基極。乙類功率放大電路

電路是由2個(gè)特性基本相同的三極管VT1與VT2組成了對稱放大電路，當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí)（即ui=0），VT1與VT2均處于截止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)工作電流近于零，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，才會(huì)有管子導(dǎo)通。以輸入信號(hào)ui為正弦波為例，其工作情況如下。（1）負(fù)半周：當(dāng)輸入的正弦波信號(hào)為正半周時(shí)，VT1導(dǎo)通、VT2截止。（2）負(fù)半周：當(dāng)輸入的正弦波信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，VT2導(dǎo)通、VT1截止。?這樣，VT1與VT2交替導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的電流在輸出變壓器T2中合成后，就可在負(fù)載上獲得純正的正弦波。由此可見，VT1與VT2只有在輸入信號(hào)的作用下才會(huì)導(dǎo)通，通常將這種狀態(tài)稱為乙類工作狀態(tài)，又由于VT1與VT2是交替工作的，故稱這種形式為推挽方式。第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月主要特點(diǎn)?乙類推挽放大電路的輸出功率較大，失真較小，效率較高（通?？蛇_(dá)到60%左右），故在一些低功耗的場合應(yīng)用較多，但由于其需要配置輸入、輸出變壓器，故成本較高。第26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月互補(bǔ)對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：8.3乙類雙電源互補(bǔ)對稱功率放大電路第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電路組成由一對NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成，采用正、負(fù)雙電源供電。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。(1)互補(bǔ)：vi=0

vBE1=vBE2=0

T1,T2截止

iO=0,vO=0vi>0

vBE1=vBE2>0

T1導(dǎo)通

,T2截止

iO=iE1,vO>0vi<0

vBE1=vBE2<0

T1截止

,T2導(dǎo)通

iO=iE2,vO<0第28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)對稱：NPN、PNP特性相同（對管）正、負(fù)電源相等2.工作原理兩個(gè)三極管在信號(hào)正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形。第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理（設(shè)vi為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：vi=0Vic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

vo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：vi

0VT1截止，T2導(dǎo)通vi>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VccRLiLiL=ic2注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作。第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月ui-VCCT1T2vo+VCCRLiL輸入輸出波形圖vivovovo′交越失真死區(qū)電壓由于沒有直流偏置，功率管的iB必須在|vBE|大于門坎電壓時(shí)，才有顯著變化。當(dāng)輸入信號(hào)低于這個(gè)值時(shí)，T1T2都截止，會(huì)出現(xiàn)一段死區(qū)。這種現(xiàn)象稱為交越失真。第31頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月ui-VCCT1T2vo+VCCRLiL(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；(3)存在交越失真。