《教学课件PPT功率放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学课件PPT功率放大电路（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、功率放大电路的主要特点互补对称式功率放大电路采用复合管的互补对称式放大电路集成功率放大器4.1 4.1 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点功率放大电路：要求放大电路有足够大的输出功率。一般直接驱动负载，带载能力要强。电压放大电路与功率放大电路的区别：从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路没有本质的区别，所有放大电路都可称为功率放大电路， 但是两者所要完成的任务是不同的。电压放大电路：主要要求是使负载得到不失真的电压信号，讨论的主要性能指标是电压放大倍数，输入输出电 阻等，输出功率并不一定大。1.对放大电路的要求功率放大电路的特点主要有：(a)最大输出功率：输出波形不超过规定
2、的非线性失真指标时， 放大电路的最大输出电压与最大输出电流有效值的乘积。共射接法的最大输出功率：2 21 1U UcemcemI Icmcm= = 2 2 I Icmcm2 2P Pomom= =U Ucemcem(b)效率高：任何放大器的作用实质上都是通过放大管的控制作用，把直流电源提供的直流功率转换为向负载输出的信号功率。放大电路输出给负载的功率直流电源VCC所提供的功率2. 放大电路中三极管的工作状态在功率放大电路中，三极管通常工作在大信号状态，使得 管子的非线性问题充分暴露出来。在实际的功率放大电路 中，应根据负载的要求，尽量设法减少输出波形的非线性 失真。晶体管的极限参数在功放中，三
3、个主要参数工作在尽限状态。集电极的电流，它在整个过程中的最大值接近极限集电极电流ICM。 c-e之间的管压降最大值接近c-e反向击穿电压U(BR)CEO。集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率PCM 。晶体管的选用：3. 放大电路的分析方法由于三极管的工作点在大范围内变化，因此，对电路分析一 般不能采用微变等效电路法，而常常采用图解法来分析放大 电路的静态和动态工作情况。变压器耦合推挽功率放大电路 （传统的功率放大电路）T1：输入变压器T2：输出变压器VT1和VT2接成对称形式。当u1为正半周时，VT1导电，VT2截止当u1为负半周时，VT2导电，VT1截止优点：输入为零时，两个三极管均
4、不导电，静态功耗等于零， 加上正选输入电压后，VT1和VT2轮流导电，三极管本身的平均耗散相对较小，使直流电源提供的功率较多地传 送给负载，因此效率高。阻抗匹配。缺点：变压器体积庞大，消耗有色金属，高、低频相移，自 激振荡，无法集成。4.2 4.2 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路电路的组成和工作原理电路的组成和工作原理互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算4.2.1 电路组成和工作原理1. OTL互补对称电路OTL电路：省去输出变压器的功率放大电路。可分为两种：(1). OTL（Output Transformer Less）乙类互补对称电路(2). OTL甲乙类互
5、补对称电路三极管两管轮流导电，且每管导电180，电流互补，电路 结构形式对称。两管的导电角略大于180，而小于360。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态晶体管的工作状态甲类工作状态甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。乙类工作状态乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失 真, 管耗小效率高。甲乙类工作状态甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于半 个周期，静态IC 0，一般 功放常采用。(1). OTL乙类互补对称电路电容C2两端直流电压为VCC/2u1正半周：V
6、T1导电，VT2截止，ic1从VCC经 VT1，C2，RL，公共端。u1负半周 ：VT2导电，VT1截止，ic2从C2正极经VT2 ，地，RL， C2负极 。优点：静态功耗为零，效率高 。缺点：交越失真。iC1iC2R R1 1和和 R R2 2确定放大电路的确定放大电路的 静态电位。静态电位。2 2V VCCCC调整调整R R1 1和和 R R2 2的值，使静态时的值，使静态时 两管的发射极电位为两管的发射极电位为如果电容足够大，则动态时电如果电容足够大，则动态时电 容两端的电压保持容两端的电压保持0.50.5V VCCCC的数的数 值基本不变。值基本不变。OTL乙类互补对称电路波形图因所以
7、iL和uo基本上是正弦波。交越失真 ： u1幅度小于死区电压时，两管都不导电。在VT1、VT2轮流导电的交界处，将有一段时间两个三极管均截止。这种情况导致iL和uo的波形发生失真。为克服这一缺点，在VT1，VT2的基 极之间，接入电阻R和两个二极管 VD1和VD2，这种电路成为OTL甲乙 类互补对称电路。o ot ti ic1c1o ot ti ic2c2o ot ti iL Lo ot tu uI I交越失真交越失真R R2 2R R1 1 u uI I+ + +V VCCCCC C1 1- -VTVT1 1NPNNPNu uOOVTVT2 2PNPPNP2 2V VCCCCR RL LVD
8、VD1 1VDVD2 2b b1 1b b2 2R R+ +i iC1C1i iC2C2i iL Li iB1B1i iB2B2R R 、VDVD1 1和和VDVD2 2为两为两 管提供了静态基极管提供了静态基极 电流电流I IB1B1和和I IB2B2避免了避免了u uI I较小时两管同时截止较小时两管同时截止减小了交越失真。减小了交越失真。i iC1C1 和和 i iC2C2不为零，不为零，静态时为零静态时为零(2). OTL甲乙类互补对称电路O Ot ti iC1C1O Ot ti iC C 2 2O Ot ti iL LOTLOTL甲乙类互补对称电路的波形图甲乙类互补对称电路的波形图O
9、 Ot tu uI IR R2 2R R1 1 u uI I+ + +V VCCCCC C1 1- -VTVT1 1NPNNPNu uOOVTVT2 2PNPPNP2 2V VCCCCR RL LVDVD1 1VDVD2 2b b1 1b b2 2R R+ +i iC1C1i iC2C2i iL L优点：既能减少交越失真，改善输出波形，同时又能获 得较高的效率。在实际工作中广泛应用。 缺点：在低频率时容易产生频率失真，而且大电容通 常具有电感效应，在高频时容易产生相移，大容量的 电容无法集成。由于二极管抬高了三极管基极的电压，ic1和ic2的波形如图所示，两管轮流导电的交替过程比较平滑，最终得
10、到的iL和u0的波形接近理想的正弦波，减小了交越失真。U Ucem cem = = V VCCCC U UCESCES静态时静态时 U UCE1 CE1 = = +V VCC CC , , U UCE2 CE2 = = V VCC CC OCL甲乙类互补对称输出级- -V VCCCCR R2 2R R1 1 u uI I+ +V VCCCCVTVT1 1NPNNPNu uOOVTVT2 2PNPPNPR RL LVDVD1 1VDVD2 2b b1 1b b2 2R Ri iC1C1i iC2C2i iL L2.OCL互补对称电路OCLOCL电路省去了大电容，既改电路省去了大电容，既改 善了低
11、频响应，又有利于实现善了低频响应，又有利于实现 集成化，应用更为广泛。集成化，应用更为广泛。省去大电容C2，VT1、VT2的发射极直接与负载相连， 为了在VT1、VT2分别导电时分别提供电源，电路中采用正 负两路电源，+VCC和-VCC。若VCC值相等，OCL的电流Icm比OTL电路大一倍。优点：无电容，改善了低频响应，易集成。缺点：静态工作点如果失调，将造成大电流通过负载， 一般负载回路使用保险丝。小结：变压器耦合乙类推挽电路：单电源供电，效率低，笨重，无法集成OTL电路：单电源供电，低频特性差OCL电路：双电源供电，低频特性好，效率高u uI I 0 0时工作点沿时工作点沿QAQA上移。上
12、移。u uI ICCCE OBRVU2)(两个三极管集电极电压值和等于2VCC，当|uCE2 |的值最小时，VT1的集电极电压达到最大。此时uCE1 2VCC。c.集电极最大允许耗散功率PCM在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部 分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在功率三 极管内部，成为三极管的耗散功率PT，使管子发热。三极管的最大管耗大约等于最大输出功率的五分之一 。在选择功率三极管时，集电极最大允许耗散功率应为：在实际工作中选用功率三极管时，应留有适当的余地 。om LCC TmPRVP2 . 022 = omCMPP2 . 02 .OTL互补对称电路主要参数的
13、估算静态工作点在静态时，乙类或甲乙类互 补对称电路中两个三极管集电 极电流均等于零或接近于零。OTL和OCL的主要区别：集电极电压uCE1=Vcc/2 , uCE2=-Vcc/2,静态工作点Q集电极电压Vcc/2,而不是Vcc。两管的静态工作点均在横坐标上的Q点处。（1）最大输出功率集电极最大电压为集电极最大电流为最大输出功率当满足条件uCESCCCEOBRVU)(（3）功率三极管的极限参数a.集电极最大允许电流ICMb.集电极最大允许反向电压U（BR）CEO两个三极管集电极电压值和等于VCC，当|uCE2 |的值最小时，VT1的集电极电压达到最大。此时uCE1 VCC。通过分析可以证明，在O
14、TL互补对称电路中，当忽略三 极管的UCES时，每个三极管的最大管耗为：三极管的最大管耗大约等于最大输出功率的五分之一。在选择功率三极管时，集电极最大允许耗散功率应为：在实际工作中选用功率三极管时，应留有适当的余地 。omTmPP2 . 0omCMPP2 . 0c.集电极最大允许耗散功率PCM复合管的接法及其复合管的接法及其 和和r rbebe复合组成的互补对称放大电路复合组成的互补对称放大电路4.34.3采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的互补对称式放大电路4.3.14.3.1复合管的接法及其复合管的接法及其和和r rbebe为什么互补对称电 路要采用复合管？当负载要求功率放大电路的输
15、出功率 很大时，不仅功率三极管本身的电流 和电压都很大，而且对功放的前置放 大级也相应地要求提供较大的驱动电流 。这是因为，放大电路的最大输出功率可表示为：故功率三极管集电极电流的最大值为：如果功率三极管的共射电流放大倍数为 ，则功率管基极电流 最大值为：假设要求最大输出功率Pom=50W,负载电阻RL=8，功率管的 =20,则可算得：此时要求功放的前置级提供峰值为177mA的驱动电流，对于一般的三极管来说，要提供如此之大的输出电流是比较困难的。如果由两个三极管组成的复合管充当功率放大管，其中两个三极管 的电流放大系数分别为1=50， 2=20，则复合管基极电流的最大值为：复合管可由复合管可由
16、两个或两个以上的三极管两个或两个以上的三极管组合而成。它们组合而成。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。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，无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，首先，在前后两个三极管的连接关系上，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级应保证前级 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。向一致。其次，其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发发 射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。r rbebe= = r rbe1be1 + +（1 1+ + 1
