第8章功率放大电路与直流稳压电源第1讲v09

模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版第八章功率放大电路与直流稳压电源8.1功率放大电路8.1.1功率放大电路的特点与提高效率的途径8.1.2互补推挽功率放大电路8.2线性直流稳压电源8.2.1整流电路8.2.2滤波电路8.2.3串联型线性直流稳压电路模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版8.1功率放大电路例：扩音系统功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版例：温度控制R1-R3:标准电阻Ua:基准电压Rt:热敏电阻A：电压放大器RtTUO室温T温度调节过程UbUO1uoR1aR2Usc+R3Rt功放b温控室A+-uo1加热元件模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版放大器方框图如下：由电压放大电路组成，不失真地提高信号电压幅度保证信号失真在允许范围，提高输出功率，以驱动负载8.1.1功率放大电路的特点与提高效率的途径一.功率放大电路的特点负载(换能器)前置放大级功率放大级信号源模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版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模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版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。PCMU（BR）CEOICMBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABII安全区功放的特点：模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率η。%PP100EO负载上得到的交流信号功率直流电源提供功率模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版问题讨论：射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗？射极输出器效率低的原因一般射极输出器静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。不可以用作功率放大器，因为效率低模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版效率低，不适合用作功放这种工作方式叫做甲类放大设Q点正好在负载线重点，若忽略晶体管的饱和压降，则有UCEQ=1/2USCICQ=USC/2RL模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版二、提高效率途径iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0甲类放大——整个周期内均有电流。失真小，η低RB+VCCC1C2RERLuiuo模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版0iC/mAωtiC/mAuCE/VQ0乙类放大——半个周期导通有电流。失真大，η高+VCCRLuiuo模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版甲乙类放大——半个周期以上有电流。iC/mAωt0iC/mAuCE/VQ0既降Q又不失真：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版由图可得：乙类放大（c），效率最高；甲乙类放大（b），效率其次；甲类放大（a），效率最低。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版例：如图(a)所示的射极跟随器处于甲类工作状态，设VCC=6V，RL=8Ω，三极管的β=40，ICEO、UCES忽略不计。试求在充分激励下，该电路的最大不失真输出功率和效率。解：由基本放大器知识可知，当静态工作点Q平分交流负载线时，该电路在充分激励下有最大的不失真输出电压，如图(b)所示。此时电路的输出功率也为最大。ou+-SR+-Su1C+2CLRCR+TbceCCViu+-BRCiEiBi模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版（1）静态静态工作点UCEQ=VCC/2=6/2=3(V)ICQ=(VCC－UCEQ)/RL=3/8=0.375(A)•电源供给功率PVQ=VCC﹒ICQ=6×0.375=2.25(W)•三极管消耗功率PTQ=UCEQ﹒ICQ=3×0.375=1.125(W)•负载RL上消耗的直流功率PRQ=ICQ2﹒RL=0.3752×8=1.125(W)PVQ、PTQ、PRQ分别为图(b)中矩形ABCD、AQED、QBCE的面积。ou+-SR+-Su1C+2CLRCR+TbceCCViu+-BRCiEiBi模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版在充分激励下，Ucem≈VCC/2，Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL，由此得：W.RVRVVIUIUPLCCLCCCCcmcemcmcemo56088682221212222交流输出功率(即为△QED的面积)（2）动态ou+-SR+-Su1C+2CLRCR+TbceCCViu+-BRCiEiBi模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版W...PPIUIUtdtsinIItsinUUtdiuPTQcmcemCQCEQcmCQcemCEQCCET5650560125102210221021ππππ②管子消耗功率(即为△AQD的面积)（2）动态ou+-SR+-Su1C+2CLRCR+TbceCCViu+-BRCiEiBi模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版③电源供给功率(即为矩形ABCD的面积)④效率W.PIVtdtsinIIVtdiVPVQCQCCcmCQCCCCCV25202210221ππππ%..PPVo25252560（2）动态返回ou+-SR+-Su1C+2CLRCR+TbceCCViu+-BRCiEiBi模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版甲类功放有以下特点：(1)整个周期内均有iC0。(3)电源始终不断地输送功率：号愈大，输送给负载的功率愈多。(4)输出功率较小。(5)效率较低。(2)信号失真小。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版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。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版8.1.2互补推挽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：电路中采用两个晶体管，NPN、PNP各一个；两管特性一致。类型：一、乙类互补推挽功率放大电路模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版静态时，IBQ≈0,ICQ≈0，不消耗功率。（1）OTL功率放大电路ic1ic2RLuiT1T2+VCCCAuo+-uiVCC/2时，T1导通、T2截止；0.5VCCuItT1、T2对称;C足够大(1000uF)，UC≈0.5VCC。uiVCC/2时，T2导通、T1截止；互补优点：单电源供电；缺点：输出加有大电容。uot令uI＝VCC/2模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版（2）OCL功率放大电路1.电路结构特点ui-USCT1T2uo+USCRLiL1）由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2）双电源供电。3）输出端不加隔直电容（OCL）。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版ic1ic2动态分析：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，为乙类放大。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0V2.电路工作原理模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版LiC2-uCE23.分析计算静态Q：UCE1=VCC,UCE2=-VCCIC1=IC2=0动态：（1）交流负载线斜率为-1/RL为分析方便，如图曲线倒置成Q点重合负载斜率相等且都通过Q点，那么合成的负载线成图示的一条直线。ui=0-VCCT1T2uo+VCCRLiL（2）Uom=Ucem=UimIom=Icm=Uom/RL（3）Uom(max)=Ucem(max)=VCC－Uces≈VCC模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版参数估算(1)输出功率PO：L2CCL2om(max)omax221RVRUPL2omomomooo2122RUUIUIP最大不失真输出功率为：LiC2-uCE2模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版(2)直流电源供给功率PV:22)()sin()(02212LCCom0C1CCVRVUVItdtIVtdiVPCCcmcmCCL2CCVmax2RVP(3)效率:CComVO4VUPP%5.7844CCCCmaxVVLiC2-uCE2模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版(4)管耗：总管耗：4222omomCCLT1TUUVRPP)UUV(R)UUV(RtdtsinRUtsinUVtdtsinItsinUV)t(diuP414102102102212omomCCL2cemcemCCLLcemcemCCcmcemCCC1CE1T1LiC2-uCE2模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版三极管的最大管耗πomT1om02CComomLsin1=(sin)d()2π1()4CCLUtPVUttRVUURoML2CCT1maxP2.0R2V2.0P问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-钟丽娜(13390753953)2009版(4)管耗：oVTPPP)4(22omomCCLUUVR两管管耗T2T1T=PPPT2T1PP)4(12omomCCLUUVR最大管耗omaxT1max2.0PPCCCCom64.02VVU此时模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系