11第二节 互补对称式功率放大电路

1第二节互补对称式功率放大电路第二节互补对称式功率放大电路电路的组成和工作原理互补对称电路主要参数的估算2第二节互补对称式功率放大电路共集电路—射极跟随器构成的甲类功放3第二节互补对称式功率放大电路22220,0,22244CCCEOCEOCEQCCCEQCCCQLLCCVQCCCQLCCTQCEQCQLCCRLQCQLLVIUUVUVIRRVPVIRVPUIRVPIRR设静态分析：静态工作点在输出曲线中点ICQ静态工作电流PVQ:电源提供的静态总功率PTQ三极管所耗功率PRLQ负载所耗直流功率4第二节互补对称式功率放大电路动态分析：交流信号所耗功率PO交流输出功率，为面积QEDPT管子所耗热功率交流总功率为有效值的积,电源提供的功率PV5第二节互补对称式功率放大电路•结论：对于甲类功放来说•整个信号周期均有电流流过管子。IC始终不为零。•跟随器为负反馈电路，失真小。电压没放大，但功率放大。•在没有交流信号时，功率降在管子和电阻上。有信号时，部分转换为有用信号，信号越大，有用功率就越大。•输出功率较小，转换效率低。最大25%。6第二节互补对称式功率放大电路如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。7第二节互补对称式功率放大电路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）OTL:OutputTransformerLessOCL: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：8第二节互补对称式功率放大电路1.电路组成基极输入射极输出,静态时为0电平，Q点Ic为，两管均处于截止点。PNPNPNRLui-VCC+VCCVT1VT2uovivO负载OCL乙类互补对称电路少了点什么？9第二节互补对称式功率放大电路两个射极输出器组合而成射极输出器输出电阻小、带负载能力强RLui-VCC+VCCVT1VT2uoiE1iE2RLui+VCCVT1uoRLui-VCCVT2uo10第二节互补对称式功率放大电路2.工作原理RLui-VCC+VCCVT1VT2uo乙类互补功率放大电路Otuiie1OT2tie2OTtiE1iE2OtuiOtuiOtuoOtuoOtuo在负载上合成波形11第二节互补对称式功率放大电路3.分析计算（1）最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP实际交流输出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVP图形分析演示12第二节互补对称式功率放大电路单个管子在交流半个周期内的管耗)(d)(π21=π0LooCCT1tRvvVP（2）管耗PT两管管耗)d(sin)sin(π21π0LomomCCtRtVtVV)d()sinsin(π21π02L2omLomCCttRVtRVV)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR最大管耗与最大输出功率的关系omT1m2.0PP选管依据之一13第二节互补对称式功率放大电路（3）电源供给的功率PVToV=PPPLomCC2RVV当时，CComVV2L2CCVmRVP（4）效率CComVo4=VVPP当时，CComVV%78.5414第二节互补对称式功率放大电路4.功率与输出幅度的关系L2omo2RVP)4(12omomCCL1VVVRPTLomCC2RVVPV0)2(1omCCL1VVRdVdPomTCCom2VVPo和PT1与Vom/VCC，即与Vom不是线性关系。LCCCmTRVVVVRP222CCCCCL11)422(1此时发生最大管耗图形演示15第二节互补对称式功率放大电路乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形16第二节互补对称式功率放大电路ui0tuo10tuo20tuo0t交越失真从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。17第二节互补对称式功率放大电路RLV1V2+UCC－UCC+ui－+uo－R1R2R3D1D2为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。在回路中，VBE1+VBE2=VD1+VD2+VR2交流相当于短路E18第二节互补对称式功率放大电路为解决交越失真，可给三极管加一点偏置，使之工作在微导通状态——甲乙类。容易引起热击穿！！！改用三极管的Vce代替19第二节互补对称式功率放大电路20第二节互补对称式功率放大电路21第二节互补对称式功率放大电路22第二节互补对称式功率放大电路23第二节互补对称式功率放大电路24第二节互补对称式功率放大电路•11.125第二节互补对称式功率放大电路BE221CEVRRRVVBE可认为是定值R1、R2不变时，VCE也是定值，可看作是一个直流电源，这样改变R1和R2的值就可以得到我们所需要的在VT1和VT2间的电压值。防止热击穿。注意：T1，T2，T3一定放在一起做热耦合。26第二节互补对称式功率放大电路Ucem=VCC–UCES静态时UCE1=+VCC,UCE2=–VCCOCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1uI+VCCVT1NPNuOVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLOCL甲乙类互补对称电路OCL电路省去了大电容，既改善了低频响应，又有利于实现集成化，应用更为广泛。27第二节互补对称式功率放大电路OCL电路存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。28第二节互补对称式功率放大电路Ucem=VCC-UCESOCL互补对称电路主要参数的估算iC2BOCL互补电路的图解法uI0时工作点沿QA上移。uI0时工作点沿QB下移。若VT1、VT2对称-uCE2QiC1OuCE1AOIcm1Ucem1UCESVCCRLVCC29第二节互补对称式功率放大电路Ucem=VCC–UCESPom≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2（1）最大输出功率cemCCCEScmLLUVUIRR当满足条件UCESVCC时30第二节互补对称式功率放大电路PV=×Icmsinωtd(ωt)=≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCPomPVη=≈=78.5%4π（2）效率当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。当忽略饱和管压降UCES时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。31第二节互补对称式功率放大电路（3）功率三极管的极限参数在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：▼集电极最大允许电流ICMCCCESCCcmLLVUVIRR因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：CCCMLVIR32第二节互补对称式功率放大电路在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO当VT2导通时，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2接近饱和时，VT1的集电极电压达到最大，此时：CE1CE2CC||2uuV或CE1CCCES2CC2||2uVUV因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为(BR)CEOCC2UV33第二节互补对称式功率放大电路当忽略三极管的管压降时，PTm=0.2Pom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，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT，使管子发热。▼集电极最大允许热耗散功率PCM当集电极输出电压的峰值UOM≈0.6VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT=PTm。此时，每个三极管的最大管耗为:CCTm2Lπ2VPR因此，在选择功率三极管时应满足，PCM0.2Pom34第二节互补对称式功率放大电路RLV1V2+UCC+ui－+uo－R1R2R3D1D2C+OTL功率放大电路“OTL”是无输出变压器推挽功率放大器的意思。实际OTL电路不仅不使用输出变压器，而且还去掉了输入变压器。它具有频响宽、失真小、输出功率大，有利小型化，集成化的优点，在声频放大等方面应用日益广泛。互补对称电路的工作原理可用左图来说明。从推挽和波形合成的角度来讲，这种互补电路利用PNP型晶休管和NPN型晶体管导电极性相反的特点，将两管分别接成射极输出器的形式；两管在作用上互相补偿，在连接上互相对称。它不需要专门的倒相电路就可以完成正负半周的放大，并在负载上合成波形。从理论上讲，这种电路需要使用正负两组电源。实用电路一般都采用一组电源供电。这时要在RL和两管发射极间串联一个大容量电解电容器，利用电容器充电后的直流电压代替一组电源。同时电容器又为交流信号提供了通路。另外，还要给两管的基极加一定偏置，以避免产生交越失真。C的容量必须足够大。35第二节互补对称式功率放大电路无输出变压器的互补对称功放电路（OTL电路）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，,2CCAVU2CCCVU2CCiVu令：0.5VCCRLuiT1T2+VCCCAUL+-UC36第二节互补对称式功率放大电路R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLOTL乙类互补对称电路C1+OTL乙类互补对称电路R1和R2确定放大电路的静态电位。2VCC调整R1和R2的值，使静态时两管的发射极电位为2VCC电容C2两端的电压也等于动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。C的容量一般要有几百微法到几千微法。它的大小直接影响放大器的低频响应。KKVK=VR1+0.7=VCC/237第二节互补对称式功率放大电路甲乙类单电源互补对称电路（OTL）动态工作情况CCK21VV电容上电压CCC21VV的条件下，电容C才可充当负电源的角色？（5~10倍）此电路存在的问题：K点电位受到频率限制LLπ21fRC38第二节互补对称式功率放大电路三、动态分析设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，VC基本保持在0.5VCC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2CCiVu时，2CCiVuT1截止、T2导通。0.5VCCuit39第二节互补对称式功率放大电路实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=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\防止热击穿，起保护作用。D1D2ui+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A40第二节互补对称式功率放大电路OtiC1OtiC2OtiLOTL甲乙类互补对称电路的波形图OtuIR2R1uI++VCCC1-VT1NPNuOVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL41第二节互补对称式功率放大电