第8章功率放大電路與直流穩(wěn)壓電源第1講v09課件

第八章功率放大電路與直流穩(wěn)壓電源

8.1功率放大電路

8.1.1功率放大電路的特點與提高效率的途徑 8.1.2互補(bǔ)推挽功率放大電路

8.2線性直流穩(wěn)壓電源 8.2.1整流電路8.2.2濾波電路8.2.3串聯(lián)型線性直流穩(wěn)壓電路

18.1功率放大電路例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)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。功率放大電壓放大信號提取2例：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UbUO1uoR1aR2Usc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件3放大器方框圖如下：由電壓放大電路組成，不失真地提高信號電壓幅度

保證信號失真在允許范圍，提高輸出功率，以驅(qū)動負(fù)載8.1.1功率放大電路的特點與提高效率的途徑一.功率放大電路的特點負(fù)載(換能器)

前置放大級

功率放大級信號源4功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使：輸出信號電壓大輸出信號電流大放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配5功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值：ICM、UCEM、PCM。PCMU（BR）CEOICMBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABII安全區(qū)功放的特點：6電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率η。負(fù)載上得到的交流信號功率直流電源提供功率7問題討論：射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？射極輸出器效率低的原因一般射極輸出器靜態(tài)工作點（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線中部），信號波形正負(fù)半周均不失真。電路中存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。不可以用作功率放大器，因為效率低8效率低，不適合用作功放這種工作方式叫做甲類放大設(shè)Q點正好在負(fù)載線重點，若忽略晶體管的飽和壓降，則有UCEQ=1/2USCICQ=USC/2RL9二、提高效率途徑iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0甲類放大——整個周期內(nèi)均有電流。

失真小，η低RB+VCCC1C2RERLuiuo100iC/mAωtiC/mAuCE/VQ0乙類放大——半個周期導(dǎo)通有電流。失真大，η高+VCCRLuiuo11甲乙類放大——半個周期以上有電流。iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0既降Q又不失真：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對稱射極輸出器。12由圖可得：乙類放大（c），效率最高；甲乙類放大（b），效率其次；甲類放大（a），效率最低。13例：如圖(a)所示的射極跟隨器處于甲類工作狀態(tài)，設(shè)VCC=6V，RL=8Ω，三極管的β=40，ICEO、UCES忽略不計。試求在充分激勵下，該電路的最大不失真輸出功率和效率。

解：由基本放大器知識可知，當(dāng)靜態(tài)工作點Q平分交流負(fù)載線時，該電路在充分激勵下有最大的不失真輸出電壓，如圖(b)所示。此時電路的輸出功率也為最大。14（1）靜態(tài)靜態(tài)工作點UCEQ=VCC/2=6/2=3(V)ICQ=(VCC－UCEQ)/RL=3/8=0.375(A)電源供給功率

PVQ=VCC﹒ICQ=6×0.375=2.25(W)三極管消耗功率

PTQ=UCEQ﹒ICQ=3×0.375=1.125(W)負(fù)載RL上消耗的直流功率

PRQ=ICQ2﹒RL=0.3752×8=1.125(W)PVQ、PTQ、PRQ分別為圖(b)中矩形ABCD、AQED、QBCE的面積。15在充分激勵下，Ucem≈VCC/2，Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL，由此得：交流輸出功率(即為△QED的面積)（2）動態(tài)16②管子消耗功率

(即為△AQD的面積)（2）動態(tài)17③電源供給功率

(即為矩形ABCD的面積)④效率（2）動態(tài)返回18甲類功放有以下特點：(1)整個周期內(nèi)均有iC>0。(3)電源始終不斷地輸送功率：靜態(tài)時，這些功率全部消耗在管子和電阻上；動態(tài)時，其中一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，信號愈大，輸送給負(fù)載的功率愈多。(4)輸出功率較小。(5)效率較低。(2)信號失真小。19如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點。既降低Q點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：但又會引起截止失真。208.1.2互補(bǔ)推挽功率放大電路互補(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：電路中采用兩個晶體管，NPN、PNP各一個；兩管特性一致。類型：一、乙類互補(bǔ)推挽功率放大電路21靜態(tài)時，IBQ≈0,ICQ≈0，不消耗功率。（1）OTL功率放大電路ic1ic2RLuiT1T2+VCCCAuo+-ui>VCC/2時，T1導(dǎo)通、T2截止；0.5VCCuItT1、T2對稱;C足夠大(1000uF)，UC≈0.5VCC。ui<VCC/2時，T2導(dǎo)通、T1截止；互補(bǔ)優(yōu)點：單電源供電；缺點：輸出加有大電容。uot令uI＝VCC/222（2）OCL功率放大電路1.電路結(jié)構(gòu)特點ui-USCT1T2uo+USCRLiL1）由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2）雙電源供電。3）輸出端不加隔直電容（OCL）。23ic1ic2動態(tài)分析：ui

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

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，為乙類放大。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V2.電路工作原理24LiC2-uCE23.分析計算靜態(tài)Q：UCE1=VCC

,UCE2=-VCC

IC1=IC2=0動態(tài)：（1）交流負(fù)載線斜率為-1/RL為分析方便，如圖曲線倒置成Q點重合負(fù)載斜率相等且都通過Q點，那么合成的負(fù)載線成圖示的一條直線。ui=0-VCCT1T2uo+VCCRLiL（2）Uom=Ucem=UimIom=Icm=Uom/RL（3）Uom(max)=Ucem(max)

=VCC－Uces≈VCC

25參數(shù)估算(1)輸出功率PO

：

最大不失真輸出功率為：LiC2-uCE226(2)直流電源供給功率PV:(3)效率:LiC2-uCE227(4)管耗：總管耗：

LiC2-uCE228三極管的最大管耗

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：29(4)管耗：兩管管耗最大管耗此時30總結(jié)：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLPV歸一化曲線圖/Pomax31甲類放大器與乙類放大器的兩點比較：(1)甲類放大器中的電源供給功率PV與信號大小無關(guān)，而乙類放大器的電源供給功率PV隨信號的大小而變：靜態(tài)時，其值為零；信號增大時，其值隨之增大；當(dāng)Ucem最大亦即Po最大時，電源供給功率PV也達(dá)到最大。(2)甲類放大時，靜態(tài)管耗最大。而乙類工作時，靜態(tài)管耗卻為零，當(dāng)Uom由小增大時，由于PT是Uom的二次函數(shù)，它們之間是非單調(diào)變化關(guān)系。當(dāng)Uom=0.64VCC時，PT達(dá)到最大。324.晶體管選擇:ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1UCE2≈0+VCC(1)PCM>0.2Pomax;(3)|U(BR)CEO|>2VCC；(2)ICM>VCC/RL33靜態(tài)電流ICQIBQ等于零每管導(dǎo)通時間等于半個周期存在交越失真乙類放大的波形特點34嚴(yán)格說，輸入信號很小時，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此正、負(fù)半周交替過零處會出現(xiàn)一些非線性失真，這個失真稱為交越失真。351.電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+VCC-VCCuouiiLRLT1T2

靜態(tài)時:

T1、T2均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些，為“甲乙類放大”。動態(tài)時：設(shè)ui加正弦信號正半周T2截止，T1導(dǎo)通；負(fù)半周T1截止，T2導(dǎo)通。（二）甲乙類互補(bǔ)推挽電路克服交越失真UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR236

T1和T2在一個周期內(nèi)的導(dǎo)電時間大于T/2，即有一定的交替時間，因此它們工作在甲乙類狀態(tài)。

但是，在實際應(yīng)用中為提高電路效率，在設(shè)置偏壓時，應(yīng)盡可能接近乙類。因此，通常甲乙類OCL互補(bǔ)推挽電路的參數(shù)估算可近似按乙類處理。37三、單電源互補(bǔ)推挽電路(OTL電路）1.基本的單電源互補(bǔ)推挽電路電容C滿足：C>(5~10)/2πfLRL靜態(tài)時要求K點電位UK=UC=VCC/2,R1和R2組成電壓并聯(lián)交直流負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點，改善放大器的動態(tài)性能。38.938①輸出功率Po②直流電源供給功率PV當(dāng)時2.基本的單電源互補(bǔ)對稱電路分析計算OTL電路也按OCL公式計算，但所有的VCC用VCC/2代。39③效率和管耗PT總管耗最大管耗此時40四、采用復(fù)合管的功率輸出級復(fù)合管的構(gòu)成方式：T1T2ibic方式一：becibic增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。41becibic1

2復(fù)合管的管型、電極與第一個管子相同。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管接法很多。不論哪種接法，均有如下特點：42復(fù)合管的正確連接習(xí)題冊題3.10原則：組成復(fù)合管的各三極管的電流流向要一致。若不一致,則連接錯誤。

錯誤ecbT1T2