(功率放大电路)

4.1概述4.3乙类互补功率放大电路第四章功率放大电路4.2直接耦合功率放大电路4-1概述功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，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。电压放大器一般工作在甲类，三极管360°导电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过25%。功率放大电路必须考虑效率问题。为了降低静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类或甲乙类工作状态。此时虽降低了静态工作电流，但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题，乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路和互补对称电路较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。4-2直接耦合功率放大电路功率放大电路的特点BJT的几种工作状态甲类功率放大器分析互补对称功率放大电路OTL功放电路OCL功放电路改进措施功率放大电路的特点例：扩音系统什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。功率放大电压放大信号提取功率放大电路的特点（续）（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEM（1）输出功率Po尽可能大Icuce功率放大电路的特点（续）(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Po:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。%100EOPP（5）功放管散热和保护问题BJT的几种工作状态甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：介于两者之间，导通角大于180°动画演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。iCuCEQ2ICQVCC4-2-2甲类功率放大器分析－－三极管静态功耗若CCCEQVU21的静态功耗相等三极管和负载电阻LRCQCEQTIUPCQCCEIVP电源提供的平均功耗：CQCCRLTIVPP21则+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ甲类功率放大器分析－－三极管动态功耗（当输入信号Ui时）输出功率:omomomom2122IUIUPo要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。最大输出功率:CQCComIVP)21(21MNUomIom功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC甲类功率放大器分析－－电源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此电路的最高效率25.0EomPP甲类功率放大器存在的缺点：•输出功率小•静态功率大，效率低互补对称功率放大电路－－OTLOTL功放：工作于乙类状态的无输出变压器功放电路。电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支。输出与负载之间用电容C耦合而非变压器。OTL工作原理（设ui为正弦波）静态时：ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）ue=1/2UCCUCE1=-UCE2=1/2UCC动态时：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。电容C上充电电压（1/2UCC）充当了T2的工作电源。互补对称功率放大电路互补对称功放的类型互补对称功放的类型双电源电路又称OCL电路（无输出电容）单电源电路又称OTL电路（无输出变压器）LCCoRVP22maxLCCoRVP82max互补对称功率放大电路－－OCLOCL功放：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。无输出电容。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR1.OCL工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2静态时：ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）uo=0V动态时：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR2.输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR3.分析计算－－输出功率Po最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVPL2omLomomooo222=RURUUIUP动画演示＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR分析计算－－管耗PT一个管子的管耗)(d)(21=0LooCCT1tRuuVPππ两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtUtUVππ)4(12omomCCLUUVRT1T2=PP)4(22omomCCLUUVR＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR分析计算－－电源供给的功率PEToE=PPPLomCC2RUV当时，CComVU2L2CCEmRVP分析计算－－效率CComEo4=VUPP时，CComVU%78.54max最高效率max例题：解：OCL的优缺点：tuo交越失真uit存在交越失真uu＋-Ｔ２oLRi2RD12RＴ１1VCCDVCC4-2-4甲乙类互补对称功放电路静态时:T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态动态时：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。电路中增加R1、D1、D2、R2支路uu－＋２ＴRoLi2R1DD2VCC１1ＴRVCC甲乙类互补对称功放电路－－波形关系uB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib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/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真4-3乙类互补功率放大电路三极管的工作状态放大电路的工作原理1.三极管的工作状态2.乙类互补功率放大电路的工作原理工作原理当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管导电，有电流通过负载，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。当输入信号处于负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负载，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周、一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。参数计算1.最大不失真输出功率2.电源功率3.三极管的管耗4.效率大功率三极管输出特性曲线的区分1.过电流区：由最大允许集电极电流确定的，超过此值，β将明显下降。2.过电压区：由间的击穿电压所决定。3.过损耗区：由集电极功耗所决定。3.其他类型的互补功率放大电路(1)单电源互补功率放大电路(2)采用复合管的互补功率放大电路(3)集成功率放大器(4)BTL互补功率放大电路(5)双通道功率放大电路（1）单电源互补功率放大电路（2）采用复合管的互补功率放大电路（3）集成功率放大电路集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。集成功放是在集成运算放大器的电压互补输出级后，加入互补功率输出级而构成的。大多数集成功率放大器实际上也就是一个具有直接耦合特点的运算放大器。它的使用方法原则上与集成运算放大器相同。集成功放使用时不能超过规定的极限参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源电压。集成功放要加有足够大的散热器，保证在额定功耗下温度不超过允许值。集成功放一般允许加上较高的工作电压，但许多集成功放可以在低电压下工作，适用于无交流供电的场合。此时集成功放电源电流较大，非线性失真也较大。（4）BTL互补功率放大电路它是由两路功率放大电路和反相比例电路组合而成，负载接在两输出端之间。两路功率放大电路的输入信号是反相的，所以负载一端的电位升高时，另一端则降低，因此负载上获得的信号电压要增加一倍。BTL放大电路输出功率较大，负载可以不接地。（5）双通道功率放大电路双通道功率放大电路是用于立体声音响设备的功率放大电路，一般有专门的集成功率放大器产品。它有一个左声道功放和一个右声道功放，这两个功放的技术指标是相同的，需要在专门的立体声音源下才能显现出立体声效果。有的高级音响设备一个声道分成二、三个频段放大，有相应的低频段、中频段和高频段放大器。本节小结：1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2．为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。3．互补对称功率放大器的几种主要结构：OCL（双电源）——乙类、甲乙类。OTL（单电源）——乙类、甲乙类。4．随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。