功率放大器演示文稿

功率放大器ppt演示文稿目前一頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)擴(kuò)音系統(tǒng)功率放大器的作用：用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大電壓放大信號提取一、引言目前二頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對象功率放大電路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)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。#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？沒有，都是能量轉(zhuǎn)換。（直流電源的直流電能轉(zhuǎn)化為信號控制的交流電能）電壓放大電路使負(fù)載得到盡可能大的不失真的電壓信號，功率放大獲得盡可能大的不失真輸出功率。目前三頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)（2）功率放大電路的特點(diǎn)：要求輸出功率盡可能大：輸出信號電壓和電流大，使放大管工作在極限狀態(tài)，因此必須保證放大管的安全工作。要求效率高：效率——負(fù)載得到的有用信號功率與電源提供的直流功率之比。要求非線性失真?。河捎诠β史糯箅娐肥谴笮盘栠\(yùn)用，接近晶體管的截止區(qū)和飽和區(qū)，容易產(chǎn)生非線性失真。可見，輸出功率與非線性失真是功率放大電路的一對主要矛盾。功放管的散熱:有相當(dāng)大的功率消耗在管子上，引起溫升目前四頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)三極管根據(jù)正弦信號整個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，可分為四個工作狀態(tài)：乙類：導(dǎo)通角等于180°甲類：一個周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于180°丙類：導(dǎo)通角小于180°（3）功率放大電路的分類目前五頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)甲類放大：三極管360°導(dǎo)電。輸入信號在整個周期內(nèi)都有電流流過放大器件。電壓放大器一般工作在甲類。電源始終不斷輸送功率，在沒有交流信號輸入時(shí)（也意味著沒有交流信號輸出），沒有信號輸出功率，電源提供的功率全部消耗在管子（電阻）上（管耗），并轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出去；當(dāng)有信號輸入時(shí)，其中有一部分轉(zhuǎn)化為有用的信號輸出功率。甲類放大的效率不高，理論上不超過50%。目前六頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)乙類放大：三極管180°導(dǎo)電。功率放大電路必須考慮效率問題。靜態(tài)電流是造成管耗的主要原因。為了降低靜態(tài)時(shí)的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類工作狀態(tài)。一周期內(nèi)只有半個周期iC＞0。沒有輸入信號時(shí)，信號輸出功率為零，電源供給的功率為零，管耗為零。信號增大，電源供給的功率增大，輸出功率增大。但輸出出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真。目前七頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)甲乙類放大：導(dǎo)通角大于180°。一周期內(nèi)有半個周期以上iC＞0。降低了靜態(tài)工作電流。電壓放大電路BJT工作在甲類，乙類和甲乙類放大主要用于功率放大電路。甲乙類和乙類放大雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路或互補(bǔ)對稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。目前八頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)

1.性能指標(biāo)：輸出功率和效率。若已知Vom，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V(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

。稱為工作在極限狀態(tài)。（4）研究的問題有效值目前九頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)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。RbvoVCCviibRE射極輸出器能否做功率放大？目前十頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)射極輸出器效率的估算：(設(shè)RL=RE)votvoibQicvceVCCRbvoVCCviibRE目前十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號vo的峰值最大只能為：vCEvo的取值范圍QicVCC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，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，令信號波形正負(fù)半周均不失真，如下圖所示。目前十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)1.直流電源輸出的功率2.最大負(fù)載功率3.最大效率目前十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)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)：會引起截止失真。目前十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)二、傳統(tǒng)的推挽功率放大電路(乙類功率放大器)1、電路結(jié)構(gòu)(變壓器耦合)：T1：輸入變壓器；T2：輸出變壓器；VT1和VT2：對稱放大管。目前十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)2、工作原理：⑴

當(dāng)vI為正半周時(shí)：VT1工作在放大區(qū)，VT2工作在截止區(qū)。(推)⑵

當(dāng)vI為負(fù)半周時(shí)：VT1工作在截止區(qū)，VT2工作在放大區(qū)。(挽)⑶最后在兩管的集電極合成一個完整的正弦波，再通過T2耦合到負(fù)載RL上。目前十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)iC13、圖解分析：目前十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)4、

傳統(tǒng)的乙類推挽功率放大電路的缺點(diǎn)：⑴輸入/輸出變壓器的體積大、重；⑵因?yàn)槭亲儔浩黢詈希暑l帶窄；⑶存在交越失真和不對稱失真；⑷電路采用反饋時(shí)，易自激振蕩。目前十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)三、OTL乙類互補(bǔ)對稱電路1、電路結(jié)構(gòu)：⑴VT1和VT2分別由

NPN和PNP管組成，然后共同對RL組成射極輸出器。⑵電路只有一個電源，NPN管由VCC供電，PNP管由電容C供電。R1和R2分別為兩管的偏置電阻。目前十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)2、工作原理：⑴靜態(tài)時(shí)：合理選取R1、R2，使兩管均微通，其發(fā)射極電位為VCC/2。大電容C已充滿電，VC

也為VCC/2。⑵當(dāng)vI為正半周時(shí)：VT1放大、VT2截止。其正半周的信號通過VT1管、C到達(dá)負(fù)載。VT1的

供電電壓為：VCC-VC=VCC-VCC/2=VCC/2。目前二十頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑶當(dāng)vI為負(fù)半周時(shí)：

VT1截止、VT2放大。其負(fù)半周的信號通過

VT2管和電容C到達(dá)負(fù)載。VT2的供電電壓為：VC=-VCC/2。⑷VT1和VT2各負(fù)責(zé)輸入信號半周波形的放大。所以在負(fù)載上iRL=iC1-iC2，合成了一個完整的正弦波。目前二十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)3、討論：⑴VT1導(dǎo)電是靠VCC供電，VT2導(dǎo)電是靠

C

供電。所以

C

必須非常大，否則在負(fù)半周會供電不足產(chǎn)生失真。⑵此電路不使用變壓器，用電容

C

來耦合，所以稱為：OTL電路。⑶此電路由兩管輪流工作，互補(bǔ)對稱輸出，各處理正弦信號的

180

度。故又稱為：乙類互補(bǔ)對稱電路。目前二十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)4、圖解分析⑴將兩管的輸出特性曲線合并，VT2是PNP管，所以VCE2取負(fù)值。目前二十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑵靜態(tài)時(shí)：所以：靜態(tài)工作點(diǎn)Q在中點(diǎn)處，負(fù)載線的斜率由RL來確定。目前二十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑶輸入電壓在正半周時(shí)：VT1導(dǎo)電，工作點(diǎn)從Q沿斜

線向左上方運(yùn)動。最大集流為Icm1。目前二十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑷輸入電壓在負(fù)半周時(shí)：VT2導(dǎo)電，工作點(diǎn)從Q沿斜

線向右下方運(yùn)動。最大集流為Icm2。目前二十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑸假設(shè)VT1、VT2

特性曲線對稱：目前二十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑹三極管集電極電壓的最大值為：目前二十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑺OTL乙類互補(bǔ)對稱電路的最大輸出功率Pom將前式代入上式:（若Vces在0.3V左右時(shí)，則可以忽略）目前二十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑻直流電源VCC消耗的功率PV

PV等于VCC/2與半個周期內(nèi)三極管集電極電流平均值的乘積。由于：所以：目前三十頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑼OTL乙類互補(bǔ)對稱電路的最大效率m電路實(shí)際上的效率比上值要低。因?yàn)殡娫刺峁┑墓β视幸徊糠洲D(zhuǎn)化為集電極的功耗，使管子發(fā)熱產(chǎn)生了溫升。目前三十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)5、OTL乙類互補(bǔ)對稱電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)效率高，理想情況下最在可達(dá)到78.5%，在靜態(tài)時(shí)，ic1

、ic2

為0，即：靜態(tài)功耗為0。目前三十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)缺點(diǎn)在輸入信號為

0

附近的區(qū)域內(nèi)，VT1和VT2

都不導(dǎo)通，因此會出現(xiàn)交越失真。所以上電路若不改進(jìn)，則沒有實(shí)用的價(jià)值。目前三十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)6、交越失真現(xiàn)象⑴產(chǎn)生交越失真的原因在輸入信號正半周或者負(fù)半周的起始段，VT1、VT2都處在截止?fàn)顟B(tài)，所以這一段輸出信號出現(xiàn)了失真，我們稱此現(xiàn)象為交越失真。目前三十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑵克服交越失真的方法在兩個互補(bǔ)管的基極引入R、VD1和VD2支路，保證電路在靜態(tài)時(shí)或起始段，VT1和VT2都處在導(dǎo)通狀態(tài)，這樣就克服了兩管都截止的情況，保證了輸出信號不出現(xiàn)了失真。目前三十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)二、OTL甲乙類互補(bǔ)對稱電路1、電路結(jié)構(gòu)：在VT1和VT2的基極接入R和VD1、VD2。⑴靜態(tài)時(shí)：2、工作原理：由R和VD1、VD2在兩個三極管的基極上產(chǎn)生一個偏壓，使VT1和VT2微微導(dǎo)通。所以uI=0時(shí)，VT1和VT2

有一個小小的集流。但是，iL=0。目前三十六頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑵當(dāng)vI為正半周時(shí)：

ic1逐漸增大，VT1在放大區(qū)工作，ic2逐漸減小，VT2進(jìn)入截止區(qū)。⑶當(dāng)vI為負(fù)半周時(shí)：

ic2逐漸增大，VT2在放大區(qū)工作，ic1逐漸減小，VT1進(jìn)入截止區(qū)。⑷在vI的整個周期內(nèi)：負(fù)載RL上得到了比較理想的正弦波，減小了交越失真。目前三十七頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)⑴此電路的參數(shù)計(jì)算，可以近似用乙類互補(bǔ)電路的公式計(jì)算；3、討論：⑵此電路的交越失真小，效率也不錯，故應(yīng)用非常廣泛；⑶缺點(diǎn)是：電容體積大，不易集成化；低頻效果差，不適用高檔音響設(shè)備。目前三十八頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)四、OCL互補(bǔ)對稱電路一、電路結(jié)構(gòu)：1、徹底實(shí)現(xiàn)了直接耦合2、采用了兩路電源(用

-VCC替代了OTL電路中的VC)，分別為VT1和VT2供電。二、工作原理：工作原理與OTL電路基本相同，但供電方式不同。目前三十九頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)1、靜態(tài)時(shí)：所以：靜態(tài)工作點(diǎn)Q在中點(diǎn)處，負(fù)載線的斜率仍由RL來確定。目前四十頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)2、三極管集電極電壓的最大值為：目前四十一頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)3、OCL互補(bǔ)對稱電路的最大輸出功率Pom將前式代入上式:（若Uces在0.3V左右時(shí)，可以忽略）比OTL電路的Pom大，這是靠兩套電源獲得的。目前四十二頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)4、直流電源VCC消耗的功率PV

PV等于VCC與半個周期內(nèi)三極管集電極電流平均值的乘積。由于：所以：電源消耗的功率也比OTL電路大得多。目前四十三頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)5、OCL互補(bǔ)對稱電路的最大效率m電路實(shí)際上的效率比上值要低。因?yàn)殡娫刺峁┑墓β视幸徊糠洲D(zhuǎn)化為集電極的功耗，使管子發(fā)熱產(chǎn)生了溫升。OCL與OTL電路的最大效率m相同。目前四十四頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)三、OCL互補(bǔ)對稱電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)兼顧了OTL電路的所有優(yōu)點(diǎn)，并省去了C，便于集成化；改善了低頻響應(yīng)。目前四十五頁\總數(shù)五十二頁\編于十二點(diǎn)缺點(diǎn)由于負(fù)載直接與射極相連，一旦三極管損壞，VCC

形成的大電流將直接流過負(fù)載，若時(shí)間稍長必定會造