教學(xué)第8章集成功率放大器課件

計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院(常州）江冰教授第8章功率放大電路計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院(常州）第8章功率放大電路1本章主要內(nèi)容8.1功率放大電路的一般問(wèn)題8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路*8.5集成功率放大器8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例本章主要內(nèi)容8.1功率放大電路的一般問(wèn)題8.3乙類雙28.1功率放大電路的一般問(wèn)題2.功率放大電路提高效率的主要途徑1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象8.1功率放大電路的一般問(wèn)題2.功率放大電路提高效率的31.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1)功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的。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)。(2)要解決的問(wèn)題提高效率減小失真管子的保護(hù)一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1)功率放大電路42.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。四種工作狀態(tài)根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180°(c)甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通(a)甲乙類：導(dǎo)通角大于180°(b)丙類：導(dǎo)通角小于180°(d)end(d)2.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58.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的電路圖特點(diǎn)：(1)電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。(2)vI=vi+VI,管子導(dǎo)通角是180度,甲類.8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的6輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V

vO正向振幅最大值vO負(fù)向振幅最大值若T1首先截止若T3首先出現(xiàn)飽和8.2射極輸出器——輸出電壓振幅輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V78.2射極輸出器——工作效率VI=0.6V當(dāng)放大器的效率書386頁(yè),例8.2.1計(jì)算結(jié)果效率低end8.2射極輸出器——工作效率VI=0.6V當(dāng)放大器的效88.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3.2分析計(jì)算8.3.1電路組成8.3.3功率BJT的選擇8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3.2分析計(jì)98.3.1電路組成由一對(duì)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(P393)互補(bǔ)功率放大電路。1.電路組成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。8.3.1電路組成由一對(duì)NPN、PNP特性相103.圖解表示3.圖解表示111.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率8.3.2分析計(jì)算忽略VCES時(shí)1.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率8.3.2128.3.2分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗輸入正弦波時(shí)2.管耗PT兩管管耗8.3.2分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗2.管耗P133.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率當(dāng)8.3.2分析計(jì)算3.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率當(dāng)8.3.2分析計(jì)141.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)?.3.3功率BJT的選擇依據(jù)則≈0.6VCC具有最大管耗≈0.2Pom

選管依據(jù)之一1.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)?.3.3功率BJ152.管子的最大反相壓降V(BR)CEO8.3.3功率BJT的選擇2.最大的集電極電流iCM

endV(BR)CEO>2Vcc閱讀例8.3.1,作業(yè)8.3.32.管子的最大反相壓降V(BR)CEO8.3.3功168.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4.2甲乙類單電178.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類電路存在的問(wèn)題8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類電路存在的問(wèn)題188.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(1)1.靜態(tài)偏置D1,D2克服交越失真2.動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(1)1.靜態(tài)偏置198.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(2)VBE4可認(rèn)為是定值R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(2)VBE4可認(rèn)為是208.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VK＝VC≈VCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。

end當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C通過(guò)負(fù)載RL放電。只要滿足RLC>>T信，電容C就可充當(dāng)原來(lái)的－VCC。8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使

e21注意：計(jì)算問(wèn)題利用雙電源公式，只要將公式中的Vcc用Vcc/2代替即可。8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路注意：計(jì)算問(wèn)題8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路22功率器件安全使用問(wèn)題圖功率運(yùn)算放大器OPA2544的外形圖及管腳圖(a)外形圖；(b)管腳圖8.5集成功率放大器功率器件安全使用問(wèn)題圖功率運(yùn)算放大器OPA2544的外23管子的安全問(wèn)題：——功率管最大工作電流必須小于最大允許電流ICM；——最大工作反壓必須小于允許的擊穿電壓U(BR)CEO；——功率管的功耗要小于允許的最大功耗PCM管子的安全問(wèn)題：24管子散熱問(wèn)題：普通功率管外殼較小,散熱效果差,所以允許的耗散功率低。當(dāng)加上散熱片,輸出功率可以提高很多。例如低頻大功率管3AD6在不加散熱片時(shí),允許的最大功耗Pcm僅為1W,加了120mm×120mm×4mm的散熱片后,其Pcm可達(dá)到10W。在實(shí)際功率放大電路中,為了提高輸出信號(hào)功率,在功放管一般加有散熱片。管子散熱問(wèn)題：普通功率管外殼較小,散熱效果差,所以允許的258.5集成功率放大器8.5集成功率放大器261、功率放大器關(guān)注的主要問(wèn)題（輸出功率要大、效率要高、非線性失真要小、管子的安全和散熱）2、四種類型的功率放大器（甲類、乙類、甲乙類、丙類）管子的導(dǎo)通角是多少？輸出信號(hào)波形特點(diǎn)。3、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路形式/計(jì)算公式（Po，Pom，PTm，Pv）/例題5.2.1/4、乙類功放存在的問(wèn)題：交越失真的概念，克服交越失真的措施5、甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路形式，克服交越失真的作用？/計(jì)算公式（Po，Pom，PTm，Pv）與乙類雙電源計(jì)算相同。6、甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路形式，C的作用？/OTL和OCL名稱含義？/計(jì)算公式（Po，Pom，PTm，Pv）與乙類雙電源計(jì)算只相差用Vcc/2代替Vcc）/自舉電路的優(yōu)點(diǎn)？復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)1、功率放大器關(guān)注的主要問(wèn)題（輸出功率要大、效率要高、非線性27計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院(常州）江冰教授第8章功率放大電路計(jì)算機(jī)及信息工程學(xué)院(常州）第8章功率放大電路28本章主要內(nèi)容8.1功率放大電路的一般問(wèn)題8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路*8.5集成功率放大器8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例本章主要內(nèi)容8.1功率放大電路的一般問(wèn)題8.3乙類雙298.1功率放大電路的一般問(wèn)題2.功率放大電路提高效率的主要途徑1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象8.1功率放大電路的一般問(wèn)題2.功率放大電路提高效率的301.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1)功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的。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)。(2)要解決的問(wèn)題提高效率減小失真管子的保護(hù)一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。1.功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象(1)功率放大電路312.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。四種工作狀態(tài)根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分乙類：導(dǎo)通角等于180°(c)甲類：一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通(a)甲乙類：導(dǎo)通角大于180°(b)丙類：導(dǎo)通角小于180°(d)end(d)2.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328.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的電路圖特點(diǎn)：(1)電壓增益近似為1，電流增益很大，可獲得較大的功率增益，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。(2)vI=vi+VI,管子導(dǎo)通角是180度,甲類.8.2射極輸出器——甲類放大的實(shí)例簡(jiǎn)化電路帶電流源詳圖的33輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V

vO正向振幅最大值vO負(fù)向振幅最大值若T1首先截止若T3首先出現(xiàn)飽和8.2射極輸出器——輸出電壓振幅輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系設(shè)T1的飽和壓VCES≈0.2V348.2射極輸出器——工作效率VI=0.6V當(dāng)放大器的效率書386頁(yè),例8.2.1計(jì)算結(jié)果效率低end8.2射極輸出器——工作效率VI=0.6V當(dāng)放大器的效358.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3.2分析計(jì)算8.3.1電路組成8.3.3功率BJT的選擇8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3.2分析計(jì)368.3.1電路組成由一對(duì)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(P393)互補(bǔ)功率放大電路。1.電路組成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。8.3.1電路組成由一對(duì)NPN、PNP特性相373.圖解表示3.圖解表示381.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率8.3.2分析計(jì)算忽略VCES時(shí)1.最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率8.3.2398.3.2分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗輸入正弦波時(shí)2.管耗PT兩管管耗8.3.2分析計(jì)算單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗2.管耗P403.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率當(dāng)8.3.2分析計(jì)算3.電源供給的功率PV當(dāng)4.效率當(dāng)8.3.2分析計(jì)411.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)?.3.3功率BJT的選擇依據(jù)則≈0.6VCC具有最大管耗≈0.2Pom

選管依據(jù)之一1.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系因?yàn)?.3.3功率BJ422.管子的最大反相壓降V(BR)CEO8.3.3功率BJT的選擇2.最大的集電極電流iCM

endV(BR)CEO>2Vcc閱讀例8.3.1,作業(yè)8.3.32.管子的最大反相壓降V(BR)CEO8.3.3功438.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路8.4甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4.2甲乙類單電448.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類電路存在的問(wèn)題8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類電路存在的問(wèn)題458.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(1)1.靜態(tài)偏置D1,D2克服交越失真2.動(dòng)態(tài)工作情況二極管等效為恒壓模型設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)交流相當(dāng)于短路8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(1)1.靜態(tài)偏置468.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(2)VBE4可認(rèn)為是定值R1、R2不變時(shí)，VCE4也是定值，可看作是一個(gè)直流電源。8.4.1甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(2)VBE4可認(rèn)為是478.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使VK＝VC≈VCC/2（電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài)）。

end當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)負(fù)半周T1導(dǎo)通，有電流通過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向C充電正半周T2導(dǎo)通，則已充電的電容C通過(guò)負(fù)載RL放電。只要滿足RLC>>T信，電容C就可充當(dāng)原來(lái)的－VCC。8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路靜態(tài)時(shí)，偏置電路使

e48注意：計(jì)算問(wèn)題利用雙電源公式，只要將公式中的Vcc用Vcc/2代替即可。8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路注意：計(jì)算問(wèn)題8.4.2甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路49功率器件安全使用問(wèn)題圖功率運(yùn)算放大器OPA2544的外形圖及管腳圖(a)外形圖；(b)管腳圖8.5集成功率放大器功率器件安全使用問(wèn)題圖功率運(yùn)算放大器OPA2544的外50管子的安全問(wèn)題：——功率管最大工作電流必須小于最大允許電流ICM；