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1、Chapter 7 功率放大电路,2,主要内容,概述 互补推挽功率放大电路 功率管的使用和保护,3,7.1 概述,功率放大器的用途和特点 功放提高效率的主要途径,4,模拟电子设备的四大部分如图：,把电能转换为其他形式的能量,为了获得大的输出功率，必须使 ： 1、输出信号电压大； 2、输出信号电流大； 3、放大电路的输出电阻与负载匹配。,高效率地向负载提供失真不大的额定功率，以驱动执行机构,把微弱的信号电压放大，是小信号放大器,信号源,7.1.1功率放大器的用途和特点,5,对功放电路的要求,1、输出功率尽可能大,2、效率高,为获得大的功率输出，要求功放管的电压、电流都有足够大的输出幅度，因此管子
2、通常在极限状态下工作。主要技术指标：最大输出功率Pom。,功率放大器的输出功率是由直流电源能量转换得到的。其转换能力称为效率，即,PT：耗散在管子集电极上的功率，称管耗,6,3、非线性失真小,4、功放管的散热问题,5、分析方法,由于功率放大器工作在大信号状态，不可避免要产生非线性失真。且输出功率越大，失真越大。实际中需在获得最大功率的同时，尽可能把非线性失真限制在允许的范围内。,功放管在极限运用时，iC最大值 接近ICM，Po接近PCM，且有相当大功率消耗在集电结上，要考虑功放管的散热和保护问题。,在大信号下，小信号模型已不再适用，需采用图解分析法。,7,7.1.2 功放提高效率的主要途径,
3、,PT,管子在信号一周期内导通时间越短，相应管耗越小，效率就越高。,在低频功放电路中，按管子集电极电流流通时间的不同可分为：,甲类放大 乙类放大 甲乙类放大,8,甲类：Q点设在放大区中部，整个信号周期内iC0,甲乙类：管子在静态时微导通，信号半周期以上iC0。,乙类：Q点设在截止区边缘，信号半周期内iC0。, 最低， 50%。 失真最小。, 最高， 可接近78.5%。失真最大。, 略低于乙类。,9,7.2 互补推挽功率放大电路,乙类互补推挽放大电路 甲乙类互补推挽放大电路 单电源互补推挽放大电路,乙类和甲乙类放大的效率较高，但波形严重失真。为解决效率和失真的矛盾，需要在电路结构上采取措施。,1
4、0,7.2.1 乙类互补推挽放大电路,1、电路结构,T1为NPN管，与负载RL组成正向跟随ui的射极输出器；,T2为PNP管，与负载RL组成反向跟随ui的射极输出器；,11,当输入信号ui = 0 时，Q ？,IC1= IC2= 0， UCE1=UCE2=VCC uo= 0,12,2、工作原理,当ui 处于正半周时，T1导通，T2截止，电流iC1通过负载RL。,当ui为负半周时，T2导通， T1截止，电流iC2通过负载RL。,T1、 T2轮流导通，在负载RL上合成一个完整的不失真波形。,利用两个特性对称的反型BJT互相补足的特点，完成推挽放大功能，故称双电源供电的互补对称推挽功率放大器。,13
5、,3、主要参数估算,设输入信号：,ui=Uimsint,输出信号电压幅值： Uom Uim,输出信号电流幅值： Iom= Icm,14,1）输出功率Po,Uom Uim,Iom= Icm,管子极限运用时，,2）直流电源供给的功率Pv,互补推挽电路中，正、负电源在一周内轮流供电，故电源提供的总功率为：,管子极限运用时，,15,3）效率,管子极限运用时，,4）管耗PT,T1、T2在信号一周内轮流导通，则PT1=PT2。,乙类工作时，静态管耗为零,PT是Uom的二次函数。可用PT对Uom求导的办法求出其最大值：,16,当,时，PT取得最大值。,T1、T2在信号一周内轮流导通，则 PT1 = PT2。
6、,PT,17,5）功率管参数的选择,U(BR)CEO的选择,ICM的选择,PCM的选择,T1导通T2截止时，T2所承受的最大反压为,T1、T2的最大反压为,18,严格说，输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。,交越失真图,7.2.2 甲乙类互补推挽放大电路,19,1、交越失真问题,当输入信号ui为正弦波时， 输出信号在过零前后出现的 失真便为交越失真。,20,克服交越失真的措施,（1）、电路中增加、R2支路,静态时，T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1， D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；,
7、21,为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服 交越失真，电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压 倍增电路替代。,（2）、UBE电压倍增电路,U UBE,合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到UBE任意倍数的 电压。,图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I IB，则,22,2、甲乙类互补推挽电路,为消除交越失真，可给T1、T2一很小的偏置电压，使其在静态时处于微导通状态，工作在甲乙类。,二极管提供偏置,UBE倍增电路提供偏置,23,7.2.3 单电源互补推挽放大电路,R1、R2、Re提供合适的直流偏置，并使,当ui0，T2导电，iC2流过RL，同时向C充电； 当ui0，
8、T3导电，C通过RL放电。,1、OTL电路(Output TransformerLess),24,由于T2、T3的工作电压均为0.5VCC，因而Po、PT、Pv等的计算，只须将乙类互补电路指标计算中的VCC代之以0.5VCC即可。,就可用一个电源VCC和一个电容C代替双电源。,设ui的下限频率为fL，电容C的大小若满足：,25,2、带自举的OTL电路,无C3时，,电路的最大输出电压幅度较理想时小。,R3、C3为自举电路。,静态时，C3充电至,当ui0，T2导电，由于C3足够大， UC3不变，则,UK UG Uom+,26,7.2.4 采用复合管的互补对称放大电路,复合管可由两个或两个以上的三极
9、管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。 无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，必须： 1、在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。 2、外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。,27, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,1、复合管的结构与参数,28,2、复合管组成的互补对称放大电路,T3、T4很难互补对称,T3、T4可实现互补对称,29,7.3 功率管的使用和保护,1、功率管的散热问题,功率管的集电极损耗会使管子发
10、热，结温上升。,当结温超过允许值时（锗管约100C，硅管约200C）将烧坏管子。故必须给功放管加散热片。,必要时还可采用风冷、水冷、油冷等方法来散热。,30,2、功率管的安全使用和保护,1）安全使用, 管子应工作在安全区内，且留有充分的余量。大功率管须加散热器以提高PCM。 避免产生过压和过流。如不要将负载开路、短路或过载，不允许电源电压有较大波动等。,2）采用适当的保护措施, 加接过压、过流保护电路。 在感性负载两端并容性网络。 功放管的输入、输出端并保护二极管或稳压管。,31,习题7-1 在图P7-1所示的互补对称电路中，已知VCC=6V，RL=8，假设三极管的饱和管压降为UCES=1V。
11、 试估算电路的最大输出功率Pom； 估算电路中直流电源消耗的功率PV和效率。,解：,如果忽略UCES，则,32,如果忽略UCES，则,如果忽略UCES，则,33,习题7-2 在图P7-1所示电路中， 三极管的最大功耗等于多少？ 流过三极管的最大集电极电流等于多少？ 三极管集电极和发射极之间承受的最大电压等于多少？ 为了在负载上得到最大功率Pom,输入端应加上的正弦波电压有效值大约等于多少？,解：每个三极管的最大管耗：,如果忽略UCES，则,34,流过三极管的最大集电极电流,三极管集电极和发射极之间承受的最大电压：,如果忽略UCES，则,如果忽略UCES，则,射极输出器，Uim Uom=VCC
12、UCES = 5V,如果忽略UCES，则Uim=UomVCC = 6V, Ui4.243V,35,习题7-3 在图P7-3所示的互补对称电路中，已知VCC=6V，RL=8，设三极管的UCES=1V。 估算最大输出功率Pom； 估算直流电源消耗的功率PV和效率 。 将本题结果与习题4-1进行比较。,解：,如果忽略UCES，则,36,如果忽略UCES，则,可见， 在同样的VCC和RL之下，OCL电路的Pom比OTL电路大得多（大致为四倍）。同时OCL电路的PV也比OTL电路大得多（也大致为四倍）。最终，两种电路的效率基本相同。,如果忽略UCES，则,37,习题7-4 在图P7-3所示电路中， 估算
13、三极管的最大功耗； 估算三极管的最大集电极电流； 估算三极管集电极和发射极之间承受的最大电压； 为了在负载上得到最大功率Pom,电路输入端应加上的正弦电压有效值为多少？ 将以上估算结果与习题4-2进行比较。,解：每个三极管的最大管耗：,如果忽略UCES，则,38,流过三极管的最大集电极电流,三极管集电极和发射极之间承受的最大电压：,如果忽略UCES，则,如果忽略UCES，则,射极输出器，Uim Uom=0.5VCC UCES = 2V,如果忽略UCES，则Uim=Uom0.5VCC = 3V, Ui2.12V,39,可见， 在同样的VCC和RL之下，OCL电路的PCM大约是OTL电路的四倍，O
14、CL电路的ICM大约是OTL电路的两倍，OCL电路的U(BR)CEO大约是OTL电路的两倍，当在负载上得到最大功率时，OCL电路的输入电压有效值大约是OTL电路的两倍。,40,习题7-5 在图P7-1和图P7-3所示的两个互补对称电路中，已知负载电阻RL均为8，假设三极管的饱和压降UCES 均为1V，如果要求得到最大输出功率Pom=3W，则两个电路的直流电源VCC 分别应为多大。,解：图P4-1 OCL电路中,图P4-3 OTL电路中,41,习题7-6 分析图P7-6中的OTL电路原理，已知VCC =10V，R3=1.2k，RL=16，电容C1、C2足够大，试回答： 静态时，电容C2两端的电压应该等于多少？调整哪个电阻才能达到上述要求？ 设R1=1.2k，三极管的=50，PCM =200mW，若电阻R2或某一个二极管开路，三极管是否安全？,解：静态时，电容C2两端的电压等于0.5VCC =5V，调整R1能达到此要求。,若电阻R2或某一个二极管开路，则,因此，三极管将被烧毁。,42,本章重点,功放电路的特点 互补推挽功放的工作原理 功放电路的计算,
