第三章四互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

第三章四互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第1頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3.4互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路教學(xué)要求1.掌握甲類、乙類和甲乙類三類功率放大電路的工作原理;2.理解交越失真形成機(jī)理；3.了解復(fù)合管結(jié)構(gòu)及其特性。第2頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一、概述對(duì)功率放大電路的基本要求1.不失真情況下輸出盡可能大的功率：I與U都大，管子工作在極限狀態(tài)。2.提高效率：

=Pomax/PDC

要高3.集電極最大功耗:

PC=PDC-PO功放管極限應(yīng)用，選管要保證安全。二、放大電路的工作狀態(tài)

放大電路按三極管在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間的不同，可分為甲類、乙類以及甲乙類放大。在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)，管子都有電流流通的，稱為甲類放大，如下表所示，此時(shí)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)電流ICQ比較大；在一個(gè)周期內(nèi)，管子只有半周期有電流流通的，稱乙類放大；若一周期內(nèi)有半個(gè)多周期有電流流通，則稱為甲乙類放大。第3頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月狀態(tài)一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間工作特點(diǎn)圖示甲類整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。乙類半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通失真大，靜態(tài)電流為零

，管耗小，效率高。甲乙類半個(gè)多周期內(nèi)導(dǎo)通

失真大，

靜態(tài)電流小

，管耗小，效率較高。第4頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(OCL)(OCL—OutputCapacitorless)（一）電路組成及工作原理

采用正、負(fù)電源構(gòu)成的乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路如下動(dòng)畫所示，V1和V2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的基極和發(fā)射極分別連接在一起，信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出，RL為負(fù)載。要求兩管特性相同，且VCC=VEE。特點(diǎn)：雙電源，V1與V2交替工作，正負(fù)電源交替供電，輸入與輸出之間雙向跟隨。0第5頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原理：靜態(tài)即ui=0時(shí)，V1

、V2

均零偏置，兩管的IBQ、ICQ均為零，uo=0，電路不消耗功率。ui>0時(shí)，V1正偏導(dǎo)通，V2反偏截止，io=iE1=iC1,uO=iC1RL；ui<0時(shí)，V1反偏截止，V2正偏導(dǎo)通，io=iE2=iC2,uO=iC2RL；問(wèn)題：兩管交替導(dǎo)電時(shí)刻，輸入電壓小于死區(qū)電壓時(shí)，三極管截止，在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，V1、V2輪流導(dǎo)通時(shí)，基極電流波形在過(guò)零點(diǎn)附近一個(gè)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)失真，稱為交越失真。且輸入信號(hào)幅度越小失真越明顯。產(chǎn)生交越失真的原因：靜態(tài)時(shí)，UBEQ=0,ui尚小時(shí)，電流增長(zhǎng)緩慢

。（二）功率和效率1.輸出功率：輸出電流和輸出電壓有效值的乘積，就是功率放大電路的輸出功率。第6頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、直流電源的供給功率（1）集電極電流平均值（2）兩電源供給總功率第7頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）最大輸出功率時(shí)電源總功率3、效率：實(shí)用中，放大電路很難達(dá)到最大效率，由于飽和壓降及元件損耗等因素，乙類推挽放大電路的效率僅能達(dá)到60%左右。第8頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.管耗最大管耗不應(yīng)超過(guò)晶體管的最大允許管耗，即PＣ1m=0.2Pom＜PCM。第9頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例3.4.1P99已知：VCC=VEE=24V,RL=8Ω,求：pom,pDc,pc1及選管第10頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.功率管的選擇

該功放晶體管實(shí)際承受的最大管耗PＣ1m為PＣ1m=V2CC/π2RL=7.3W因此，為了保證功率管不損壞，則要求功率管的集電極最大允許損耗功率PCM為PCM＞PＣ1m=7.3W。

由于乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中一只晶體管導(dǎo)通時(shí)，另一只晶體管截止，當(dāng)輸出電壓uo達(dá)到最大不失真輸出幅度時(shí)，截止管所承受的反向電壓為最大，且近似等于2VCC。為了保證功率管不致被反向電壓所擊穿，因此要求三極管的U(BR)CEO＞2VCC=2×24V=48V。

放大電路在最大功率輸出狀態(tài)時(shí)，集電極電流幅度達(dá)最大值Icmm，為使放大電路失真不致太大，則要求功率管最大允許集電極電流ICM滿足ICM＞Icmm=VCC/RL=3A。第11頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1、乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的交越失真（一）甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第12頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月克服交越失真的思路：管子工作在甲乙類,處于微導(dǎo)通狀態(tài)。兩管合成后，相互補(bǔ)償，消除失真。

電路如下圖（a）所示，利用二極管進(jìn)行偏置，直流電源給V1、V2提供靜態(tài)電壓。2、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路+UBE4-+UCE4-工作原理：當(dāng)ui=0時(shí)，V1、V2

微導(dǎo)通。當(dāng)ui<0(從小到大變化時(shí))，V1微導(dǎo)通

充分導(dǎo)通

微導(dǎo)通；V2微導(dǎo)通

截止

微導(dǎo)通當(dāng)ui>0(從大到小變化時(shí))，V2

微導(dǎo)通

充分導(dǎo)通

微導(dǎo)通；V1微導(dǎo)通

截止

微導(dǎo)通。實(shí)際電路如上圖（b）和（c）所示。第13頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.復(fù)合管（達(dá)林頓管）

目的：實(shí)現(xiàn)異型管子參數(shù)的配對(duì)。復(fù)合管：由兩只或兩只以上的三極管按照一定的連接方式，組成一只等效的三極管。復(fù)合管的特點(diǎn)：類型與組成復(fù)合管的第一只三極管相同；其它特性由最后的輸出三極管決定。第14頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合管的四種組合方式：同型復(fù)合：異形復(fù)合：第15頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合管的組成規(guī)則：1)B1

為B，C1

或E1

接B2，C2、E2

為C或E；2)應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；3)復(fù)合管類型與第一只管子相同。2.復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱放大電路舉例（1）接有泄放電阻的復(fù)合管：P102圖3.4.7（2）準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路：P103圖3.4.8ICEO1第16頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱放大電路OTL電路：當(dāng)ui>0時(shí)：V2

導(dǎo)通，C放電，V2

的等效電源電壓

0.5VCC。

當(dāng)ui<

0時(shí)：V1導(dǎo)通，C充電，V1的等效電源電壓+0.5VCC。

注意：應(yīng)用OCL電路有關(guān)公式時(shí)，要用VCC/2取代VCC

。3.OCL電路和OTL電路的比較

OCLOTL電源雙電源單電源信號(hào)交、直流交流頻率響應(yīng)好fL

取決于輸出耦合電容

C電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜2.工作原理1.電路組成第17頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、計(jì)算公式第18頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§3.5多級(jí)放大電路教學(xué)要求:熟悉零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的主要原因及抑制零漂的方法；

掌握多級(jí)放大電路的幾種主要耦合方式；

掌握理想運(yùn)算放大器的理想條件。

第20頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、多級(jí)放大電路的組成及性能指標(biāo)的估算（一）多級(jí)放大電路的組成耦合：級(jí)與級(jí)之間的連接方式。1.耦合方式：共四種。

直接耦合：電路簡(jiǎn)單，能放大交、直流信號(hào)，各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)“Q”互相影響，不利于調(diào)整，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重；電路利于集成化，低頻特性好。阻容耦合：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)“Q”相互獨(dú)立，只放大交流信號(hào)；不利于集成化，低頻特性差。光電耦合：主要用于耦合開關(guān)信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。變壓器耦合：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)“Q”相互獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)阻抗的變換；用于選頻放大器、功率放大器等；不利于集成化,低頻特性差。第21頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.電路的組成:

輸入級(jí)：與信號(hào)源相連接的第一級(jí)放大電路。輸出級(jí)：與負(fù)載相連接的末級(jí)放大電路。中間級(jí)：輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的放大電路。（二）多級(jí)放大電路性能指標(biāo)的估算

多級(jí)放大電路的輸入電阻：Ri=Ri1

多級(jí)放大電路的輸出電阻：Ro=Ron

第22頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月p105例3.5.1、兩級(jí)共發(fā)射極電容耦合放大電路如圖所示，已知三極管V1的β1=60，rbe1=2kΩ,V2的β2=100，rbe2=2.2kΩ,各電容的容量足夠大。試求放大電路的Au、Ri、RO。第23頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一級(jí)電壓增益第二級(jí)電壓增益第24頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總的電壓增益：Au=Au1·Au2=(-9.6)×(-111)=1066A(dB)=Au1(dB)+Au2(dB)=19.6+41=60.6(dB)輸入電阻等于第一級(jí)輸入電阻：Ri=Ri1=R1//R2//[rbe1+(1+β1)R4]≈5.7KΩ輸出電阻等于末級(jí)輸出電阻：Ro=R8=4.7KΩRiRO第25頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、通用型集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性（一）通用型集成運(yùn)放(OperationalAmplifier)的組成1.模擬集成電路的特點(diǎn)1）大電阻用恒流源代替，不采用大容量電容元件，大電容外接；2）采用差分電路、恒流源電路和OCL電路形式，元件相對(duì)誤差小，溫度的均一性好；3）電路中間級(jí)采用直接耦合，減少級(jí)間耦合元件個(gè)數(shù)和耦合損耗；4）高增益、高輸入電阻、低輸出電阻。2.組成框圖第26頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

輸入級(jí)：采用差分放大電路，可大大減小溫漂。

輸出級(jí)：采用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路，帶負(fù)載能力強(qiáng)，非線性失真小。

中間級(jí)：采用有源負(fù)載的共發(fā)射極電路，電路增益大。

偏置電路：主要采用鏡像電流源，微電流源等電流源電路。3.通用型集成運(yùn)算放大器CF741簡(jiǎn)化電路

輸入級(jí)：V1、V3和V2、V4組成共集-共基組合差分電路，V5、V6組成有源負(fù)載，構(gòu)成雙端變單端電路。

中間級(jí)：V7、V8組成復(fù)合管共射極放大電路，采用有源負(fù)載，電路電壓高增益。

輸出級(jí)：V9

V13構(gòu)成典型的甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OCL電路），V11為推動(dòng)級(jí)。采用單電源(OTL)時(shí)，輸入端靜態(tài)電位應(yīng)為0.5VCC。第27頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)及理想化條件1.集成運(yùn)算放大器電路符號(hào)第28頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.集成運(yùn)算放大器理想化的條件理想化的條件：1）Aud→∞

2）Rid→∞

3）KCMR→∞

4）RO→0

5）失調(diào)和溫漂趨于零。3.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)：

1）u+

u–(虛短）證明：根據(jù)理想化的條件uo=Aud(u+–u–)=Auduid，u+–u–=uo/Aud

0

2）i+

i–

(虛斷）證明：i+=uid/Rid

0，同理i–

04.理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的兩個(gè)特點(diǎn)：只存在兩種狀態(tài)

1）u+>u–時(shí)，uo=Uomax，u+

<u–時(shí)，uo=-Uomax

2）i+

i–

(虛斷）