8功率放大电路

第八章功率放大电路8.1功率放大电路的基本概念8.2共发射级放大电路—效率问题8.4甲乙类互补对称功率放大电路8.5集成功率放大电路8.3乙类双电源互补对称功率放大电路例：扩音系统功放：获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。功率放大电压放大信号提取位置：末级放大电路。作用：推动负载工作。8.1功率放大电路的基本概念目的电压放大：输出不失真的电压信号。主要讨论Auriro，输出功率不一定大（1）输出功率Po尽可能大，注意电路参数:ICM、UCEM、PCM。（2）功率转换效率尽可能高。%100EoPPη率直流电源提供的平均功放大电路的输出功率(3)必须注意防止波形失真。面临问题：P0大，BJT工作在极限工作状态。如何提高效率？减小失真？特点：cecmaxoUIP+VCCRLC1+RBuce=uocemcm21UICCCCCCDCVIViP%25/DCmaxomaxPPSuCEiCOtiCOQIcmUcem设“Q”设置在交流负载线中点VCCICS48.2共发射级放大电路—效率问题一、功率及效率的计算UccREuiT1+UCCuo+-+-RB输出电压波形cccEcccomomomIUPIUIUP41%25%100EomPP问题：效率低同样，射极输出器的功放作用要提高效率就要减小直流静态消耗，即降低工作点。QiCiCiCiCiCuCEuCEuCEωtωtωt甲类乙类甲乙类iC●●QQQ●二、晶体管的工作状态甲类工作状态工作点适中，不失真。效率低。乙类工作状态不设工作点，效率高，严重失真。甲乙类工作状态工作点低，失真，效率高。要提高效率就要减小直流静态功耗，让功率放大电路工作在乙类状态。如何解决失真？三、工作在乙类状态射极输出器iu0t0u0t出现失真？REuiT1+UCCuo+-+-REuiT1-UCCuo+-+-OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）8.3乙类双电源互补对称功率放大电路RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC+VCC-VCCuiiLRLT1T2A无输出变压器形式OTL电路:OutputTransformerLess无输出电容形式OCL电路OutputCapacitorLess增加对称的负电源-VCC，使静态时的A点电位为0uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–ic1ic2静态（乙类）ui=0V,iC10，iC20uo=0V。动态：ui0VT2导通，T1截止ui0VT1导通，T2截止双电源供电、无输出电容（OCL）。uo无功率损耗在RL上得到完整的波形一、电路组成特点T1T2轮流导电—推挽式电路T1T2性能对称，互补不足—互补对称电路8.3.1乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR二、组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCES＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP1）输出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP三、效率计算＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR一个管子的管耗)(d)(21=0LooCCT1tRuuVPππ2）管耗PT两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtUtUVππ)4(12omomCCLUUVRT1T2=PP)4(22omomCCLUUVR＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR3）电源供给的功率PEVoT=PPPLomCC2RUV当时，CComVU2L2CCEmRVPomoavomLsindUIIttR012CCEoavCCLVPIVR222方法2方法1：4）效率CComEo4=VUPP时，CComVU%78.54max最高效率max1）三极管的最大管耗)4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCCππomL2CCT1max2.022.0PRVP问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导，四、功率BJT的选择omCCTomLLVdPU=-=0dUR2RPT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：2）选功率管的原则：1.PCMPT1max=0.2PoM2．CCCEOBRVU2)(L2CCoM2RVP＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR3.ICMVCC/RL例1已知：VCC=VEE=24V，RL=8，忽略UCE(sat)求Pom以及此时的PV、PC1，并选管。)W(36822422LCC2omRVP[解]PV=2V2CC/RL=2242//(8)=45.9(W)RLV1V2+VCC+ui+uoVEET1Eo1()2PPP=0.5(45.936)=4.9(W))W(2.7362.0m1CPU(BR)CEO48VICM24/8=3(A)可选：U(BR)CEO=60100VICM=5APCM=1015W一、特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。二、静态分析则T1、T2特性对称，2CCAVV=,CCC=2VUCCi=2Vu令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC8.3.2乙类双电源互补对称功率放大电路(OTL)三、动态分析若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；CCiVu2时，CCiVu2T1截止、T2导通。设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：LCCoCCoRVIVU22maxmax，2omaxomaxCCOmaxLUIVP=8R222CCCCavLVP=V=2RVIav01sind()22CCLVIttR7854omaxEP.%PuoUomaxui2CCVtt应用OCL电路有关公式时，要用VCC/2取代VCC。tuo交越失真uit一、交越失真---乙类互补对称功放的缺点＋－uuＴ１Ｔ２VCCoiLRVCC8.4甲乙类互补对称功率放大电路交越失真输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。交越失真产生的原因•晶体管特性存在非线性•ui死区电压晶体管导通不好交越失真采用各种电路以产生微小的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施uitOuotO二、克服交越失真的措施：R1D1D2R2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；动态时：设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。+VCC-VCCULuiiLRLT1T21、电路中增加R1、D1、D2、R2支路uB1tUTtiBIBQ波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceVCC/RLVCCIBQ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B1B2+-BER1R2UIBI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IIB，则221RRRUUBE3.电路中增加复合管(达林顿管)目的：实现管子参数的配对,扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合NPN型复合PNP型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNPib1(1+1)ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+12)ib112rbe=rbe1+(1+1)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V2构成复合管的规则：2)在组成复合管时，管子的各极电流必须通畅。根据等效管电流的流向确定复合管的三个电极（B、E、C）B1为B，C1或E1接B2，C2、E2为C或E；1)复合管等效类型与第一只管子相同。V1V2练习：接有泻放电阻的复合管：V1V2ICEO12ICEO1R泻放电阻减小改进后的OCL准互补输出功放电路：T1：电压推动级T2、R1、R2：UBE倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6D1D2ui+VCCRLT1T2T3CRARe1Re2实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态VA=0.5VCCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用b1b2V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—穿透电流泄放电阻准互补对称电路复合管互补对称电路举例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo+ui+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1、RE2—稳定“Q”、过流保护取值0.10.5V5V7、RP—克服交越失真R4—使V3、V4输入电阻平衡V8—构成前置电压放大RB1—引入负反馈，提高稳定性。UEUB8IB8IC8UB3UE差分对管，构成前置放大级镜像恒流源，差分放大电路的有源负载NPNPNP因PNP管小，采用三只管子复合而成克服交越失真图5.1集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第1级：差动放大器第2级：差动放大器第3级：单管放大器第4级：互补对称射极跟随器实际功放电路这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有：(1)恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；(2)偏置电路（R1、D1、D2）；(3)恒流源负载（T5）；(4)OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；(5)负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；(6)共射放大级（T4）；(7)校正环节（C5、R4）；(8)UBE倍增电路（T6、R2、R3）；(9)调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的OCL准互补功放电路：RC低通OCL电路和OTL电路的比较OCLOTL电源双电源单电源信号交、直流交流频率响应好fL取决于输出耦合电容C电路结构较简单较复杂PomaxLCC2Lom22121RVRULCC2L2om8121RVRU效率？LCCLOmOmOmomRURUUIP222222LcccmcmcococcRUIttdIIIII2sin21011Lc