05第5章功率放大电路.

1第5章功率放大电路5.1功率放大电路概述5.2单管甲类功率放大电路5.3互补对称推挽功率放大电路5.4实际的功率放大电路5.7集成功放电路及其应用5.5功放电路晶体管的散热和二次击穿5.6其他功率电子器件2第5章功率放大电路作业：思考：5-1、5-2习题：5-5、5-7选作：5-93本章重点1.功率放大电路的类型及特点；2.功率放大电路最大输出功率和转换效率的分析方法；3.OCL互补功率放大电路组成及工作原理。45.1功率放大电路概述1.功率放大电路的特点和要求功放电路不仅要有足够大的输出电压,而且还应有足够大的输出电流，才能提供足够大的输出功率。放大管工作在极限应用状态。功放电路从组成、元器件的选择到分析方法，都与小信号放大电路不同。5（1）输出功率尽可能大；（2）转换效率η要高；（3）非线性失真要小；()()()oMoMoMPUI100%oVCCPP（4）考虑功放电路中晶体管的选择和散热问题；（5）功放电路的分析方法为大信号下的图解法。（接近极限运用状态）5.1功率放大电路概述6不同规格散热器7功放电路通常是根据功率管静态工作点Q的不同选择来进行分类的。2.功放电路按晶体管工作状态的分类甲类功率管导通角360乙类功率管导通角180甲乙类功管导通角180360在功放电路中主要应用“乙类”和“甲乙类”电路。85.2单管甲类功率放大电路共集放大电路（射极输出电路）无电压放大作用，有电流和功率放大能力，输出电阻小，带负载能力强。输出功率要求较小时，可采用单管射极输出电路作为功率输出级。9静态时：使UEQ＝0/CQEQCCECEQCCIIVRUV2CECCCEuViR设RL开路根据可画出直流负载线5.2单管甲类功率放大电路10动态时：()omMCCUV()omMCQII()()1()222omMomMoMCCCQUIPVI功率三角形5.2单管甲类功率放大电路112VCCCCCQPVI直流电源提供功率最大效率()125%4oMMVCCPP接上负载电阻，调节晶体管的静态工作点Q不变，直流电源输入功率不变，输出电压、输出功率下降，效率变低。5.2单管甲类功率放大电路12甲类功放电路问题：效率低。原因是什么？5.2单管甲类功率放大电路原因在于：尽管静态条件下输出功率为零，电源仍然提供功率。这些功率全部消耗在器件（和电阻）上，并转换为热能的形式消耗。静态工作电流是造成效率低的主要原因。在理想状态下，甲类功放电路的最高效率只能达到50％。13降低静态电流，提高电路效率是需要解决的主要问题。乙类和甲乙类功放电路可以有效地提高功放电路的效率。5.2单管甲类功率放大电路“乙类”和“甲乙类”电路在静态时晶体管工作在截止或者饱和状态，消耗功率小，可以有效提高功放电路效率。145.3互补对称推挽功率放大电路用两个工作在乙类状态的晶体管（NPN和PNP参数对称），NPN工作在信号的正半周，PNP工作在负半周，负载上得到一个完整的波形。5.3.1乙类互补对称功率放大电路15这种工作方式称为“互补推挽”输出电压跟随输入电压。又称OCL电路(OCL:OutputCapacitorless)5.3互补对称推挽功率放大电路5.3.1乙类互补对称功率放大电路165.3互补对称推挽功率放大电路乙类功放电路存在的问题是什么？5.3.1乙类互补对称功率放大电路当输入电压小于发射结的正偏电压时，晶体管工作在截止状态，将引起输出失真。175.3.2甲乙类互补对称功放电路1.交越失真及其消除晶体管性能不对称和晶体管输出特性的非线性会引起失真。特别是晶体管输入特性的非线性会引起交越失真。消除方法：加一定的静态偏置，以消除交越失真。182.甲乙类互补对称功放电路甲乙类工作时无论输入电压为何值，晶体管VT1和VT2总有一个导通，从而消除了交越失真。19静态时通过调节电阻使E点电位UE=0V。增加R2、D1、D2使两只晶体管静态时均处于微导通状态，用以消除交越失真。动态时uB1uB2ui（R2及D1、D2动态电阻很小）。uo跟随ui。2.甲乙类互补对称功放电路20每一个晶体管在信号的一周期内导通时间大于半周，即导通角：180360晶体管工作在“甲乙类”工作状态。三类电路的特点共同点静态UEQ=0共集电路，ui≈uo甲类单管，放大状态；问题：效率太低。乙类互补对称，双管，推挽工作状态；问题：交越失真甲乙类在乙类基础上加静态偏置，克服了交越失真。21225.3.3互补对称功率放大电路的分析计算VT1工作VT2工作静态工作点:21CEQCCCEQUVU0BQI0iu0iu0CQI23VT1和VT2的输出电压、电流的波形可以用“组合输出特性”表示。若忽略饱和压降UCES，输出电压的最大幅值为VCC。241．输出功率Po及最大不失真输出功率(Po)M考虑管子饱和压降：不考虑管子饱和压降：电路的输出功率：最大不失真输出功率：21122omoooomomLUPUIUIR22()11()22omMCCoMLLUVPRR22()()11()22omMCCCESoMLLUVUPRR252．直流电源提供的平均功率PVCC电源+VCC提供的平均功率：正、负电源的电流：直流电源提供的平均功率：2012VCCCCCPVidtsinsinomComLUiIttR00121sin2VCCCCComCComCCLLPVidtUVUVtdtRR262．直流电源提供的平均功率PVCC电源提供的总平均功率：2CComVCCLVUPR273．效率η（功放电路的效率和正弦输入信号的幅值有关）效率是交流输出功率和直流电源提供的平均功率之比。在理想情况下，最大的输出电压幅值为VCC。互补功放电路的最大效率可达：/2100%2/4oomomomVCCCComCCPUIUPVIV78.5%4M284．晶体管的选择（1）最大反向管压降(UEC)M实用中根据晶体管所承受的最大反向管压降、集电极最大电流和最大管耗来选择晶体管。（2）集电极最大电流ICM()2ECMCCUVCCcMeMLVIIR29（3）晶体管最大功耗(PT)M每个晶体管功耗PT:)4(12omomCCLTUUVRP4．晶体管的选择20222()()0.2()CESCCTMoMoMULVPPPR管耗最大时不是输出功率最大时。20.6omCCCCUVV30晶体管的选择必须满足下列条件：（1）晶体管的集电极最大耗散功率（2）晶体管的反向击穿电压（3）晶体管集电极最大工作电流CCCMLVIR()2BRCEOCCUV0.2()CMoMPP在选择晶体管时，针对其极限参数应留有一定的余量，并严格按照手册的要求安装散热片。4．晶体管的选择31例：甲乙类功放电路如图所示，已知15CCVV，4LR，3CESUV1、求(PO)M以及此时的η和PT；解：%8.62151244CComVU22()1(153)()22418CCCESoMLVUVVPRW21()5.334CComomTLVUUPWR32()230ECMCCUVV()3.75CComMLVIAR2()0.2()150.25.62524TMoMPPW()BRCEOUCMICMP所以功率管能够安全工作。2．若功率管的极限参数为PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V判断功率管是否能安全工作？335.4实际的功率放大电路5.4.1OCL准互补功率放大电路34引交流负反馈以减小非线性失真。5.4实际的功率放大电路5.4.1OCL准互补功率放大电路355.4.2单电源供电的OTL功率放大电路工作原理与OCL电路相似。（OTL：OutputTransfomerless.）365.5功放电路晶体管的散热和二次击穿5.6其他功率电子器件(自学）37绝缘栅双极型晶体管IGBT输入控制部分为MOSFET，输出级为双极型晶体管，它兼有MOSFET和双极型管的优点。38绝缘栅双极型晶体管IGBT输入阻抗高；电压控制，驱动功率小；开关速度快；工作频率高；饱和压降低；输出电流电压大。39集成功放电路发展迅速应用广泛。具有各种保护功能（如过压保护、过热保护、负载短路保护、电源浪涌过冲电压保护等等）和静噪声抑制、滤波功能等。5.7集成功放电路及其应用常用型号有：LM386、TDA2006、LH0101。集成功率放大电路TDA2006是一种内部具有短路保护和过热保护功能的大功率音频集成功率放大电路，电路结构紧凑，外围元件少，补偿电容全部在内部，使用方便，因而得到了广泛使用。5.7集成功放电路及其应用TDA2006构成的功放电路VD1和VD2是保护二极管，R4和C5是校正网络，用于改善音响效果。5.7集成功放电路及其应用求电路的电压放大倍数？5.7集成功放电路及其应用43基本要求掌握：1.OCL互补功率放大电路组成及工作原理。(重点图5-4b）2.最大输出功率、效率的分析计算。3.功率管的选择。