模擬電子線路 第三章 功率放大電路

《模擬電子線路 第三章 功率放大電路》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《模擬電子線路 第三章 功率放大電路（21頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、模擬電子線路 第三章 功率放大電路 第一節(jié) 學習要求 第二節(jié) 功率放大電路的一般問題 第三節(jié) 乙類雙電源互補對稱功率放大電路 第四節(jié) 甲乙類互補對稱功率放大器 第一節(jié) 學習要求： 1．了解功率放大電路的主要特點及其分類； 2．熟悉常用功放電路的工作原理及最大輸出功率和效率 的計算； 3．了解集成功率放大電路及其應用。 本章的重點： OCL、OTL 功率放大器 本章的難點： 功率放大電路主要參數(shù)分析與計算 第二節(jié)　功率放大電路的一般問題 　　功放以獲得輸出功率為直接目的。它的一個基本問題就是在電源一定的條件下能輸出多大的信號功率。功率放大器既然要有較大

2、的輸出功率，當然也要求電源供給更大的注入功率。因此，功放的另一基本問題是工作效率問題。即有多少注入功率能轉換成信號功率。另外， 功放在大信號下的失真，大功率運行時的熱穩(wěn)定性等問題也是需要研究和解決的。 一、功率放大電路的特點、基本概念和類型 1、特點： (1) 輸出功率大 (2) 效率高 (3) 大信號工作狀態(tài) (4) 功率BJT的散熱 2、功率放大電路的類型 (1) 甲類功率放大器 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 特點： · 工作點Q處于放大區(qū)，基本在負載線的中間，見圖5.1。 · 在輸入信號的整個周期內，三極管都有電流

3、通過。 · 導通角為360度。 缺點： 　　效率較低，即使在理想情況下，效率只能達到50%。 　　 　　由于有ICQ的存在，無論有沒有信號，電源始終不斷地輸送功率。當沒有信號輸入時，這些功率全部消耗在晶體管和電阻上，并轉化為熱量形式耗散出去；當有信號輸入時，其中一部分轉化為有用的輸出功率。 作用： 　　通常用于小信號電壓放大器；也可以用于小功率的功率放大器。 (2) 乙類功率放大器 　 　 特點： · 工作點Q處于截止區(qū)。 · 半個周期內有電流流過三極管，導通角為180度。 · 由于ICQ=0，使得沒有信號時，管耗很小，從而效率提高。　 缺點：

4、 　　波形被切掉一半，嚴重失真，如圖5.2所示。 作用： 　　用于功率放大。 (3) 甲乙類功率放大器 　 特點： · 工作點Q處于放大區(qū)偏下。 · 大半個周期內有電流流過三極管，導通角大于180度而小于360度。 · 由于存在較小的ICQ，所以效率較乙類低，較甲類高。 　　　　 缺點： 　　 波形被切掉一部分，嚴重失真，如圖5.3所示。 作用： 　　 用于功率放大。 返回 第三節(jié)　乙類雙電源互補對稱功率放大電路 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、電路組成　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　在圖5.4所示電路中，兩晶體

5、管分別為NPN管和PNP管，由于它們的特性相近，故稱為互補對稱管。 　　靜態(tài)時，兩管的ICQ=0；有輸入信號時，兩管輪流導通，相互補充 。既避免了輸出波形的嚴重失真，又提高了電路的效率。 　　由于兩管互補對方的不足，工作性能對稱， 所以這種電路通常稱為互補對稱電路。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　 　　 二、分析計算 1. 輸出特性曲線的合成 　　　　　 　　因為輸出信號是兩管共同作用的結果， 所以將T1、T2合成一個能反映輸出信號和通過負載的電流的特性曲線。合成時考慮到： 　　（1）vi=0時,VCEQ1=Vcc ， -VCEQ2=Vcc

6、， 因此 Q1=Q2 。 　?。?）由流過RL的電流方向知ic1與ic2方向相反。即兩個縱坐標軸相反。 　　（3）特性的橫坐標應符合：vCE1+vEC2=Vcc-(-Vcc)=2Vcc 　　 vCE1的原點與-vCE2=2Vcc點重合；-vCE2的原點與+vCE1=2Vcc點重合。 　　由以上三點，得兩管的合成曲線如圖5.6所示。這時負載線過Vcc點形成一條斜線，其斜率為-/RL。顯然，允許的iC的最大變化范圍為2ICm，vCE的變化范圍為2（VCC-VCES）=2Vcem=2IcmRL。如果忽略BJT的飽和壓降VCES，Vcem=IcmRL≈VCC。 2. 計算輸出

7、功率Po 　　在輸入正弦信號幅度足夠的前提下，即能驅使工作點沿負載線在截止點與臨界飽和點之間移動。如圖5.6所示波形。 輸出功率用輸出電壓有效值V0和輸出電流I0的乘積來表示。設輸出電壓的幅值為Vom，則　 　　 　　這恰好是圖5.6中△ABQ的面積。因為Iom=Vom/RL，所以 　　 　　圖5.5中的T1 、T2可以看成工作在射極輸出器狀態(tài)，AV≈1。當輸入信號足夠大，使Vim=Vom= Vcem= VCC- VCES ≈VCC和Iom=Icm時，可獲得最大的輸出功率　　 　　 　　由上述對Po的討論可知，要提供放大器的輸出功率，可以增大電源電壓VCC或降低負載阻抗RL

8、。 但必須正確選擇功率三極管的參數(shù)和施加必要的散熱條件，以保證其安全工作。 3.BJT的管耗PT 4、電源提供的功率 　 5、效率η 　 三、功率BJT的選擇 1、最大管耗和最大輸出功率的關系 　 上式表明：當Vom" 0.6VCC時，BJT具有最大的管耗， 　 因此，功率三極管的選擇應滿足以下條件： 　 例題：P220，5.2.3 已知：vi為正弦波，RL=8W， VCES=0，Pom=9W 求 （1）±VCC的最小值， 　 （2）BJT的ICM、 　 （3）Pom=9W時的Pv 　（4）BJT的PCM ?。?）vi的有效值　

9、 解(1) 　(2)BJT的ICM＞ Iom 　 返回 第四節(jié)　甲乙類互補對稱功率放大器 　　圖5.5所示電路具有電路簡單，效率高等特點，廣泛用于直流電機和電磁閥控制系統(tǒng)中。 但由于BJT的ICQ=0, 因此在輸入信號幅度較小時，不可避免地要產生非線性失真 --交越失真，如圖5.7所示。　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　產生交越失真的原因：功率三極管處于零偏置狀態(tài)，即：VBE1+　VBE2=0 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　解決辦法：為消除交越失真，可以給每個三極管一個很小的靜態(tài)

10、電流，這樣既能減少交越失真， 又不至于使功率和效率有太大影響。就是說，讓功率三極管在甲乙類狀態(tài)下工作。增大VBE1+VBE2。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、甲乙類雙電源互補對稱電路（OCL）　 1. 基本電路 　　甲乙類雙電源互補對稱電路如圖5.8所示。其中圖5.8（a）所示的偏置電路是克服交越失真的一種方法。由圖可見， T3組成前置放大級(注意,圖中末畫出T3的偏置電路),T1和T2組成互補輸出級。靜態(tài)時,在D1、D2上產生的壓降為T1、 T2提供了一個適當?shù)钠珘?使之處于微導通狀態(tài)。由于電路對稱，靜態(tài)時ic1=ic2,iL=0, vo=0。有信號時

11、，由于電路工作在甲乙類, 即使vI很小(D1和D2的交流電阻也小)， 基本上可線性地進行放大。 　　上述偏置方法的缺點是，其偏置電壓不易調整。而在圖 5.8（b）中， 流人T4的基極電流遠小于流過 R1、 R2的電流， 則由圖可求出VCE4=VBE4(R1+R2)/R2，因此，利用T4管的VBE4基本為一固定值(硅管約為0.6~0.7V)，只要適當調節(jié)R1、R2的比值,就可改變T1、T2的偏壓值。這種方法，在集成電路中經常用到。 2. 特點： 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　圖5.9是用NPN管驅動的OCL電路，其特點與圖5.8所示電路一樣?！　　　　　　　　?/p>

12、　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　?。?） 靜態(tài)時RL上無電流 ； 　?。?） D1、D2（或R，或R、D）供給T1、T2兩管一定的正偏壓，使兩管處于微導通狀態(tài) ； 　?。?） RC是T3的集電極負載電阻， A、B兩點的直流電位差始終為1.4V左右，但交流電壓的變化量相等； 　?。?）電路要求T1、T2的特性對稱； 　?。?）需要使用對稱的雙電源。 二、甲乙類雙電源互補對稱電路（OTL）　 　　　 1、基本電路 　　圖5.10是采用一個電源的互補對稱原理電路， 圖中由T3組成前置放大級，T1和T2組成互補對稱電路輸出級。靜態(tài)時，一般只要R1、R

13、2有適當?shù)臄?shù)值，就可使IC3、VB2和V1達到所需大小，給T1和T2提供一個合適的偏置，從而使K點電位VK=VCC/2。 　　當有信號vi時， 在信號的負半周， T1導電，有電流通過負載RL,同時向C充電；在信號的正半周，T2導電，則己充電的電容C起著圖5.8中電源-VCC的作用，通過負載RL放電，如圖5.11所示。 只要選擇時間常數(shù)RLC足夠大(比信號的最長周期還大得多)， 就可以認為用電容C和一個電源VCC可代替原來的+VCC和-VCC兩個電源的作用。 　 2. 電路特點　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　?。?） 靜態(tài)時RL上無電流 ； 　　（2） D1、D

14、2（或R，或R、D）供給T1、T2兩管一定的正偏壓，使兩管處于微導通狀態(tài) ，即工作于甲乙類狀態(tài)； 　?。?） RC3是T3的集電極負載電阻，b1、b2兩點的直流電位差始終為1.4V左右，但交流電壓的變化量相等； 　　（4）僅需使用單電源，但增加了電容器C,C的選擇要滿足? =RLC足夠大（比vi的最大周期還要大得多），使VC=0.5VCC； 　?。?）T3的偏置電壓取自K點,具有自動穩(wěn)定Q點的作用，調節(jié)R2可以調整VK。 　　　　 3. 靜態(tài)工作點的調整　　　　　　　　　　　　　 　　電路如圖5.12所示。 　 （1） VC=0.5VCC 的調整 　　用電

15、壓表測量K點對地的電壓，調整R2使VK=0.5VCC。 （2）靜態(tài)電流IC1、IC2的調整 　　首先將RW的阻值調到最小，接通電源后， 在輸入端加入正弦信號用示波器測量負載RL兩端的電壓波形， 然后調整RW，輸出波形的交越失真剛好消失為止。 4、存在的問題及解決辦法 （1）存在問題 　　上述情況是理想的。實際上，圖5.10的輸出電壓幅值達不到Vom= Vom/2，這是因為當vi為負半周時，T1導電，因而iB1增加，由于RC3上的壓降和VBE1的存在，當K點電位向+VCC接近時，T1的基流將受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1輸向負載的電流，使RL兩端得不到足夠的電壓變

16、化量，致使Vom明顯小于VCC/2。 （2）改進辦法 　　如果把圖5.10中D點電位升高， 使VD＞+VCC， 例如將圖中D點與+VCC的連線切斷，VD由另一電源供給，則問題即可以得到解決。通常的辦法是在電路中引人R3、C3等元件組成的所謂自舉電路，如圖5.13所示。 （3）自舉電路的作用 靜態(tài)時　 　　當R3C3足夠大時，VC3不隨vi變化，可認為基本不變。這樣，當vi為負時，T1導電， vK將由VCC/2向更正方向變化， 考慮到vD=vC3+vK= VC3+vK，顯然，隨著K點電位升高，D點電位vD也自動升高。 因而，即使輸出電壓幅度升得很高，也有足夠的電流iB1，使

17、T1充分導電。這種工作方式稱為自舉，意思是電路本身把vD提高了。 5、幾點說明 　?。?）由于T1、T2的工作電壓均為0.5Vcc，因而PO、PT、PV等的計算，只須將乙類互補電路指標計算中的Vcc代之以0.5Vcc即可。 　?。?）由于互補對稱電路中的晶體管都采用共集電極的接法， 所以輸入電壓必須稍 大于輸出電壓。為此，輸入信號需經1- 2 級電壓放大后，再用來驅動互補對稱功率放大器。 　?。?）應采取復合管解決功率互補管的配對問題。 異型管的大功率配對比同型管的大功率配對困難。為此，常用一對同型號的大功率管和一對異型號的互補的小功率管來構成一對復合管取代互補對稱管 。 　　復合管的連接形式如5.14~5.16所示， 　　 　 　 　 　 　　其等效電流放大系數(shù)和輸入阻抗可以表示為： 　　　　　　 　?。?）必要時注意增加功率管保護電路。 返回