模擬電子7.ppt

1、1,Chapter 7 功率放大電路,概述 互補推挽功率放大電路 集成功率放大器 功率管的使用和保護,2,7.1 概述,功率放大器的用途和特點 功放提高效率的主要途徑,3,7.1.1功率放大器的用途和特點,信號源,把微弱的信號電壓放大，是小信號放大器,高效率地向負載提供失真不大的額定功率，以驅(qū)動負載,把電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量,功放以獲得輸出功率為直接目的。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載匹配。,4,功放電路的特點,1、輸出功率,2、效率,功率放大器的輸出功率是由直流電源能量轉(zhuǎn)換得到的。其效率為：,PT：耗散在管子集電極上的功率，稱管耗,為

2、獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子通常在極限狀態(tài)下工作。主要技術(shù)指標：最大輸出功率Pom。,5,3、非線性失真,4、功放管的散熱問題,5、分析方法,由于功率放大器工作在大信號狀態(tài)，不可避免要產(chǎn)生非線性失真。且輸出功率越大，失真越大。實際中需在獲得最大功率的同時，盡可能把非線性失真限制在允許的范圍內(nèi)。,功放管在極限運用時，uCE最大值 接近U（BR）CEO，iC最大值 接近ICM，Po接近PCM，且有相當大功率消耗在集電結(jié)上，要考慮功放管的散熱和保護問題。,在大信號下，小信號模型已不在適用，需采用采用圖解分析法。,6,7.1.2 功放提高效率的主要途徑, ,PT

3、,顯然，管子在信號一周期內(nèi)導通時間越短，相應管耗越小，效率就越高。,在低頻功放電路中，按管子集電極電流流通時間的不同可分為：,甲類放大 乙類放大 甲乙類放大 丙類放大 丁類放大,7,甲類：Q點設在放大區(qū)中部，整個信號周期內(nèi)iC0,甲乙類：管子在靜態(tài)時微導通，信號半周期以上iC0。,乙類：Q點設在截止區(qū)邊緣，信號半周期內(nèi)iC0。, 最低， 50%。 失真最小。, 最高， 可接近78.5%。失真最大。, 略低于乙類。,8,乙類互補推挽放大電路 甲乙類互補推挽放大電路 單電源互補推挽放大電路 采用復合管的功率輸出級,7.2 互補推挽功率放大電路,乙類和甲乙類放大的效率較高，但波形嚴重失真。為解決效率

4、和失真的矛盾，需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。,9,1、電路結(jié)構(gòu),當輸入信號ui = 0 時， IC1= IC2= 0， uo= 0,7.2.1 乙類互補推挽放大電路,T1為NPN管，與負載RL組成正向跟隨ui的射極輸出器；,T2為PNP管，與負載RL組成反向跟隨ui的射極輸出器；,10,2、工作原理,當ui 處于正半周時，T1導通， 電流通iC1過負載RL。,當ui為負半周時，T2導通， 電流iC2通過負載RL。,T1、 T2輪流導通，在負載RL上合成一個完整的不失真波形。,利用兩個特性對稱的反型BJT互相補足的特點，完成推挽放大功能，故稱雙電源供電的互補對稱推挽功率放大器。,11,3、主要參數(shù)估

5、算,設輸入信號：,ui=Uimsint,輸出信號電壓幅值： Uom= Ucem Uim,輸出信號電流幅值： Iom= Icm,12,1）輸出功率Po,Uom= Ucem,Iom= Icm,管子極限運用時，,2）直流電源供給的功率Pv,互補推挽電路中，正、負電源在一周內(nèi)輪流供電，故電源提供的總功率為：,管子極限運用時，,13,3）效率,管子極限運用時，,4）管耗PT,T1、T2在信號一周內(nèi)輪流導通，則PT1=PT2。,乙類工作時，靜態(tài)管耗為零,PT是Uom的二次函數(shù)。可用PT對Uom求導的辦法求出其最大值：,14,當,時，PT取得最大值。,T1、T2在信號一周內(nèi)輪流導通，則 PT1 = PT2。

6、,PT,15,5）功率管參數(shù)的選擇,U(BR)CEO的選擇,ICM的選擇,PCM的選擇,T1導通T2截止時，T2所承受的最大反壓為,T1、T2的最大反壓為,16,1、交越失真,因IB=0，形成死區(qū)電壓,交越失真,7.2.2 甲乙類互補推挽放大電路,17,2、甲乙類互補推挽電路,二極管提供偏置,UBE倍增電路提供偏置,為消除交越失真，可給T1、T2一很小的偏置電壓，使其在靜態(tài)時處于微導通狀態(tài)。這樣既能減少交越失真，又不至于使功率和效率有太大影響。即放大管在甲乙類狀態(tài)下工作。,18,R1、R2、Re提供合適的直流偏置，并使,當ui0，T2導電，iC2流過RL，同時向C充電； 當ui0，T3導電，C

7、通過RL放電。,1、OTL電路,7.2.3 單電源互補推挽放大電路,為穩(wěn)定Q點和改善放大電路性能，由R2、R1引入電壓并聯(lián)負反饋。,19,由于T2、T3的工作電壓均為0.5VCC，因而Po、PT、Pv等的計算，只須將乙類互補電路指標計算中的VCC代之以0.5VCC即可。,就用一個電源VCC和一個電容C代替雙電源。,設ui的下限頻率為fL，電容C的大小若滿足：,20,2、帶自舉的OTL電路,無C3時，,電路的最大輸出電壓幅度較理想時小。,R3、C3為自舉電路。,靜態(tài)時，C3充電至,當ui0，T2導電，由于C3足夠大， UC不變，則,UK UG Uom+,21,復合管（稱達林頓）的類型由前面的一個

8、三極管決定。,互補推挽電路需要一對特性對稱的互補管。,導電類型不同的大功率管難以做到特性對稱，故在大功率輸出電路中，常采用復合管互補推挽電路。,1、復合管,當11， 21時， 12。,7.2.4 采用復合管的功率輸出級,22,2、復合管組成的準互補輸出級,因T3、T4同型，故稱準互補。,Re1、Re2為T1、T2的穿透電流ICEO提供泄放通路，以避免這兩個不穩(wěn)定電流被輸出管放大，造成輸出電流的穩(wěn)定性變差。,23,LM386通用型集成功放,差動輸入級,共射驅(qū)動級,準互補輸出級,R中點為差模地,7.3 集成功率放大器,24,調(diào)增益,去耦 防自激,容性負載 抵消部分感性負載,單電源供電的隔直電容,L

9、M386接線圖,25,7.4 功率管的使用和保護,1、功率管的散熱問題,功率管的集電極損耗會使管子發(fā)熱，結(jié)溫上升。,當結(jié)溫超過允許值時（鍺管約100C，硅管約200C）將燒壞管子。故必須給功放管加散熱片。,必要時還可采用風冷、水冷、油冷等方法來散熱。,26,2、功率管的安全使用和保護,1）安全使用, 管子應工作在安全區(qū)內(nèi)，且留有充分的余量。大功率管須加散熱器以提高PCM。 避免產(chǎn)生過壓和過流。如不要將負載開路、短路或過載，不允許電源電壓有較大波動等。,2）采用適當?shù)谋Ｗo措施, 加接過壓、過流保護電路。 在感性負載兩端并容性網(wǎng)絡。 功放管的輸入、輸出端并保護二極管或穩(wěn)壓管。,27,例題分析,Ch

10、apyer 7,28,例1,OTL互補電路,1、標明T1T4的類型； 2、靜態(tài)時輸出電壓Uo=？ 怎樣調(diào)整？ 3、VCC=18V，RL=12， 設UCES=0V，求Pomax=？ 4、 VCC=18V，RL=12， 設UCES2V，求Pomax=？,5、 VCC=18V，RL=12，當ui的幅值Uim= 10 V，,求Po=？ 6、當RL=16， Pomax=10W，設UCES=0V，求VCC=？,29,解：,1、標明T1T4的類型,T1、T3NPN管，復合為NPN型； T2、T4PNP管，復合為PNP型。,2、靜態(tài)時輸出電壓Uo=？ 怎樣調(diào)整？,靜態(tài)時Uo=0V， 調(diào)電阻R1或R4。,3、V

11、CC=18V，RL=12，設UCES=0V，求Pomax=？,30,4、 VCC=18V，RL=12， 設UCES 2V，求Pomax=？,5、 VCC=18V，RL=12，當ui的幅值Uim= 10 V， 求Po=？,射隨器的電壓增益Au 1，則,31,6、當RL=16， Pomax=10W，設UCES=0V， 求VCC=？,32,例2,運放驅(qū)動OTL功放電路,已知VCC=18V， 運放最大輸出電流 Iom=25mA， T1、T2管飽和壓降 UCES=2V。,1、 T1、T2管的=？時，RL上有最大輸出電流ILmax？ 2、為有最大不失真Uom，輸入信號的幅度Uim=？ 3、Pomax=？ 4、試計算電路的效率。 5、若在輸出端uo出現(xiàn)交越失真，應怎樣調(diào)整？,33,解：,1、 T1、T2的=？時， RL有最大輸出電流ILmax？,T1、T2管的大小取決于運放輸出電流Io和負載RL上的電流IL。,運放最大輸出電流Iom=25mA，故,34,2、為有最大不失真Uom， 輸入信號的幅度Uim=？,輸入信號的幅度Ui