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答案3章 功率放大電路
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第3章 功率放大電路
功率放大電路處于多級(jí)放大電路的末級(jí)或末前級(jí),將前置電壓放大級(jí)送來的信號(hào)進(jìn)行功率放大,輸出足夠大的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載(如揚(yáng)聲器、顯示器等)。
功率放大電路是電子設(shè)備中不可少的單元電路,本章需要掌握功放基本概念,了解功放電路參數(shù)。
電壓放大電路與功率放大電路的區(qū)別:
(1)任務(wù)不同
① 電壓放大電路:不失真地提高輸入信號(hào)的幅度,以驅(qū)動(dòng)后面的功率放大級(jí),通常工作在小信號(hào)狀態(tài)。
② 功率放大電路:信號(hào)不失真或輕度失真的條件下提高
2、輸出功率,通常工作在大信號(hào)狀態(tài)。在前級(jí)電壓放大基礎(chǔ)上,再功率放大,為負(fù)載提供足夠的輸出功率
(2)分析方法不同
① 電壓放大電路:采用微變等效電路法和圖解法;② 功率放大電路:圖解法
3.1 概述
什么是功率放大器:
? 供給負(fù)載足夠功率,控制它工作
? 一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器,直流電源能量交流能量
? 通常處于設(shè)備末級(jí)
為了獲得大的輸出功率,必須使功率放大電路輸出信號(hào)電壓大,輸出信號(hào)電流大,放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。
1、功率放大電路的特點(diǎn)
(1)輸入、輸出電壓幅度大,輸出電流的幅度也大。大信號(hào)工作,極限運(yùn)用,電流幅值最大時(shí),處于臨界飽合狀態(tài)。① 功放管的工作電流接
3、近于集電極最大允許電流;
② 電壓接近于集電極—發(fā)射極的反向擊穿電壓;
③ 損耗功率接近于集電極最大允許功率損耗。
(2)在大幅度信號(hào)的作用下,功放管的工作點(diǎn)可能進(jìn)入飽和區(qū)和截止區(qū),從而使輸出信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。功放管因?yàn)楣ぷ麟娏骱碗妷捍?,易損壞易失真。
(3)功放管在大信號(hào)條件下工作,動(dòng)態(tài)分析時(shí)不允許采用微變等效電路法,采用圖解法
2、對(duì)功率放大電路的要求
(1)在不失真的情況下,要求輸出盡可能大的功率,管子工作在極限的工作狀態(tài)。
(2)要求提高效率,
(3)非線性失真要小。在大信號(hào)狀態(tài)工作必然引起失真的問題,這就存在增大輸出功率和失真嚴(yán)重的矛盾,這就要求在電路結(jié)構(gòu)上進(jìn)
4、行改進(jìn),盡可能大的提高輸出功率,減小非線性失真。
(4)充分考慮功放管的管耗和熱保護(hù),安全工作。電源供給的能量大多數(shù)以管耗的形式消耗掉,通常功放電路中的工作管必須加散熱片。
3、功率放大器的類型
(1)按功放管的工作狀態(tài)分
① 甲類功放:靜態(tài)工作點(diǎn)大致在交流負(fù)載線的中點(diǎn),功放管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期都導(dǎo)通,靜態(tài)較大,波形好, 管耗大,效率低。(圖3-1(a))
② 乙類功放:靜態(tài)工作點(diǎn)在處,功放管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,靜態(tài),波形嚴(yán)重失真, 管耗小,效率高。(圖3-1(c))
③ 甲乙類功放:靜態(tài)工作點(diǎn)靠近截止區(qū),功放管導(dǎo)通的時(shí)間大于信號(hào)輸入半個(gè)周期小于一個(gè)周期,靜態(tài),一般功放
5、常采用。(圖3-1(b))
上述功放特點(diǎn):甲乙類放大和乙類放大電路因靜態(tài)電流很小,使電源供給的直流功率幾乎全部轉(zhuǎn)換成交流輸出信號(hào),因此降低了管耗,提高了效率。但是,這兩種功放電路都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真。
(2)按耦合方式分:變壓器耦合功放、OTL(無(wú)輸出變壓器)功放、OCL(無(wú)輸出電容)功放和BTL(雙向推挽無(wú)輸出變壓器)功放。
(3)按制做工藝分:分立元件功放和集成功放
(4)按工作頻譜分:低頻功放、高頻功放、寬帶功放、脈沖功率放大器
3.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路
1、無(wú)輸出電容(OCL)乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 (如圖3-2所示)
(1)電路組成
① 由性
6、能參數(shù)相同,極性相反(稱互補(bǔ)管)的兩只功率管和組成。
(為管,為管)
② 雙電源供電。數(shù)值相同、極性相異。
③ 每只管構(gòu)成射極輸出電路,輸出與負(fù)載直接耦合。
④ 兩管都無(wú)偏置,無(wú)直流工作點(diǎn),呈乙類工作狀態(tài)。兩管交替導(dǎo)通,互相補(bǔ)足。
(2)工作原理
① 當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)
兩管無(wú)偏置,則和都截止(),則負(fù)載上電流,輸出電壓。
② 當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)
1)當(dāng)時(shí)(輸入信號(hào)處于正半周)
大于死區(qū)電壓導(dǎo)通,截止正半周電流通過負(fù)載形成正半周輸出電壓
2)當(dāng)時(shí)(輸入信號(hào)處于負(fù)半周)
大于死區(qū)電壓導(dǎo)通,截止負(fù)半周電流通過負(fù)載形成負(fù)半周輸出電壓
結(jié)論:和兩只管輪流導(dǎo)通各半周,在負(fù)載上合成一個(gè)完
7、整正弦波,每個(gè)電源僅工作半周
(圖3-3給出了工作的波形圖,圖3-4給出了圖解分析)
(3)參數(shù)計(jì)算
① 輸出電流和輸出電壓
1)輸出電流的變化范圍為:,輸出電流最大幅值:
2)輸出電壓的變化范圍為:,輸出電壓最大幅值:(忽略三極管的飽和壓降)
② 信號(hào)輸出最大功率:
③ 直流源功率
1)單個(gè)直流源提供的功率:
2)兩個(gè)直流源提供的功率:
④ 效率:
⑤ 兩管的總管耗:
(4)交越失真:由于管子的死區(qū)電壓使輸出電流的波形在正負(fù)半周過零處產(chǎn)生的非線性失真。(如圖3-5所示)
(為了減小和克服交越失真,給兩個(gè)互補(bǔ)管子的基極建立一個(gè)較小的靜態(tài)偏置,使兩個(gè)管子在靜態(tài)時(shí)微導(dǎo)通,
8、即使管子工作在甲乙類的狀態(tài)。)
2、無(wú)輸出電容(OCL)甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 (如圖3-6所示)
特點(diǎn):雙電源供電、輸出無(wú)電容器。
為解決交越失真,可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置,使之工作在甲乙類。
加很少直流偏置,使點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)
3、無(wú)輸出變壓器(OTL)甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(如圖3-7所示)
(1)電路特點(diǎn)
① 兩只功率管和性能參數(shù)相同,極性相反,為管,為管。
② 兩管均接成射極輸出器;輸出端有大電容;單電源供電。
(2)靜態(tài)分析()
兩管的射極靜態(tài)電位:
電容兩端電壓:
調(diào)整和的阻值,使兩管處于微導(dǎo)通狀態(tài)。
和、正向串聯(lián)產(chǎn)生合適的直流電壓和,使、工作在甲乙類狀態(tài),克服交越失真。
(3)動(dòng)態(tài)分析
① 當(dāng)時(shí)(輸入信號(hào)處于正半周):導(dǎo)通、截止;同時(shí)給電容充電
② 當(dāng)時(shí)(輸入信號(hào)處于負(fù)半周):導(dǎo)通、截止;電容放電,相當(dāng)于電源。
此時(shí),若輸出電容足夠大,其上電壓基本保持不變,則負(fù)載上得到的交流信號(hào)與正負(fù)半周對(duì)稱。
由于二極管的動(dòng)態(tài)電阻很小,的阻值也不大,所以和的基極交流電位基本上相等,否則將會(huì)造成輸出波形正、負(fù)半周不對(duì)稱的現(xiàn)象。
放大電路靜態(tài)電流很小,功率損耗也很小,因而提高了效率。在理論上效率可達(dá)78.5%。
4、采用復(fù)合管作功率管(自己看)