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1、第四章功率放大电路 第一节功率放大电路与电压放大电路的比较第二节功率放大电路的特殊问题第三节乙类双电源功率放大电路 例1 扩音系统 功率放大器的作用 用作放大电路的输出级 以驱动执行机构 如使扬声器发声 继电器动作 仪表指针偏转等 例2 温度控制 R1 R3 标准电阻 Ua 基准电压 Rt 热敏电阻 A 电压放大器 Rt T UO 室温T Ub UO1 uo 例3 典型的收音机电路 变频 低频中放 功放 Ic 0 5mA Ic 2mA Ic 20mAEc 6V Po 30mW 电源供给的功率 PDC EcIc 120mW 转换效率 电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉 通常功放电路中的工作管
2、必须加散热片 检波 电压放大器与功率放大器的区别 1 任务不同 电压放大 不失真地提高输入信号的幅度 以驱动后面的功率放大级 通常工作在小信号状态 功率放大 信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率 通常工作在大信号状态 2 分析方法 电压放大 采用小信号模型分析法和图解法功率放大 图解法 第一节功率放大电路与电压放大电路的比较 1 功率放大电路的主要特点 功率放大电路是以输出较大功率为目的的放大电路 为了获得尽可能大的输出功率 必须使输出信号电压大输出信号电流大放大电路的输出电阻与负载匹配管子工作在接近极限状态 一般直接驱动负载 带载能力要强 2 功率放大电路中的一些特殊问题 1 要求尽可能
3、大的输出功率 管子工作在极限工作状态 2 效率 负载得到的有用信号功率Po 电源供给的直流功率PDC 3 非线性失真要小 在大信号状态工作必然引起信号失真 这就存在增大输出功率和信号失真之间的矛盾 这就要求在电路结构上进行改进 尽可能地提高输出功率并减小非线性失真 4 半导体三极管散热的问题 3 提高效率的途径 PDC Po PT电阻 三极管均消耗功率 浪费的部分 电阻的忽略三极管的功耗分静态和动态 动态不可避免 降低静态功耗 即减小静态电流 使三极管工作在乙类和甲乙类状态 可以减小静态电流 从而降低静态功耗 但是会产生严重的非线性失真解决办法 从电路结构上采用措施 采用互补对称电路 4 静态
4、工作点的三种情况 三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况 可分为以下几个工作状态 乙类 导通角等于180 甲类 一个周期内均导通 甲乙类 导通角大于180 OTL OutputTransformerLess OCL OutputCapacitorLess 互补对称 电路中采用两支晶体管 NPN PNP各一支 两管特性一致 类型 5 互补对称功率放大电路的分类 第三节乙类双电源互补对称功率放大电路 1 电路组成 由一对NPN PNP特性相同的三极管组成 采用大小相同的两个正 负直流电压源供电 2 静态分析 T1 T2均处于截止状态 Q点在横轴上 称为乙类 静态功耗为0 画直流通路 因为没有直流电
5、流 所以不需要隔直电容把放大电路与信号源和负载隔离开 所以此种电路又称为无输出电容的互补对称功放电路 OCL电路 OutputCapacitorLess T1的直流负载线方程 直流负载线与iB 0的特性曲线的交点即Q点 T2的直流负载线方程 直流负载线与iB 0的特性曲线的交点即Q点 3 交流分析 画交流通路 可以看出是射极输出器 1 当vi处于正半周时 注意 这是真实的电流 电压方向 T1导通 T2截止 iL iE1 总电流就是交流成分 没有直流成分 直流 交流共同作用的电路 注意 这是电流 电压的参考方向 vi iC1 vCE1 根据交流负载线的定义 可知T1的交流负载线与直流负载线重合
6、vi 画交流通路 可以看出是射极输出器 2 当vi处于负半周时 注意 这是真实的电流 电压方向 T2导通 T1截止 iL iE2 总电流就是交流成分 没有直流成分 直流 交流共同作用的电路 vi iE2 iC2 T2的交流负载线方程 根据定义 交流负载线与直流负载线重合 两个三极管在信号的正 负半周轮流导通 使负载得到一个完整的波形 参考方向 交越失真 消除失真的方法 设置合适的静态工作点 4 分析计算 b 最大不失真输出功率Pomax 1 输出功率Po的计算 a 一般情况下输出功率Po 其中 Vom是负载两端正弦电压的最大值 单个管子在半个周期内的管耗 另半个周期内的管耗为0 2 管耗PT
7、此处指的是由交流电流流过三极管引起的管耗 动态管耗 三极管的静态管耗为0 a 一般情况下单个三极管的管耗PT1 两管管耗 最大管耗为 选管依据之一 b 单个三极管的最大管耗PT1m 当输出功率最大时 管耗并不是最大 当Vom 0 6Vcc时 管耗最大 3 电源供给的功率PV 当 a 一般情况下电源供给的功率PV b 电源供给的最大功率PVm 也可以这样先求电源供给的功率PV 然后再求管耗 当 a 一般情况下电源供给的功率PV b 电源供给的最大功率PVm 对正弦电流而言 当 4 效率 a 一般情况下的效率 b 最大的效率 当输出最大功率时 5 功率管的选择 若想得到最大不失真输出功率 BJT的参数必须满足下列条件 1 每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于PT1m 0 2Pom 2 当三极管的工作点处在动态工作范围的最靠近饱和区的那点时 在这一时刻 处于截止状态的三极管的集 射极所承受的电压是2VCC 3 通过BJT的最大集电极电流
