模拟电子技术基础 2篇 7章1

2.7.1功率放大电路第七章功率变换电路1、从功率变换的角度讨论放大电路如何有效地将直流供电电源的能量转换为负载所需要的信号功率。(DC/AC)2、如何将交流电网的能量转换为电子电路所要求的直流电能。(AC/DC)前面讨论的放大电路是一种功率变换电路(2)输出信号功率的能量来源于直流电源，应该考虑转换的效率。(1)输出电压或输出电流的幅度较大，功率放大电路必须工作在大信号条件下，因而容易产生非线性失真。如何尽量减小输出信号的失真是首先要考虑的问题。一、主要特点(3)半导体器件在大信号条件下运用时，电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，因此要有适当的保护措施。二、电路基本类型功率放大电路主要有甲类、乙类、甲乙类等功率放大器由静态时功耗大小决定。1、甲类功放甲类功率放大管子的静态功耗大CQCEQIVP2、乙类功放乙类功率放大静态时不消耗功率，因为0CQI3、甲乙类功放甲乙类功率放大静态时消耗较小功率，因为很小CQI三、乙类功率放大器工作原理（1）互补对称功率放大器单电源供电，又称OTL(OutputTransformerless)电路OTL双电源供电电路，称OCL(OutputCapacitorless)功放电路OCLOTL功率放大器要求输入端(T1、T2基极)上的静态电压也为VCC/2，即vi=(VCC/2)+vi。单电源互补对称功率放大器增加了一只大容量(几百～几千微法)的电解电容器。当静态时(vi=0)，T1和T2都截止。它们的射极电压为VCC/2，所以电容器C上充有VCC/2的电压，输出vo=0。信号为负半周时，电容器C上的电压VCC/2作为电源，T2导电，T1截止，负载上流过负半周信号电流。vi信号为正半周时，T1导电，使T2截止，负截RL上流过正半周电流；所以电容C要有足够大的容量，使得在信号负半周时能提供出较大的电流。互补对称功率放大器由于在静态条件下T1和T2都处于截止状态，所以它的静态功耗为零，但在动态时存在严重的交越失真。为了克服交越失真，必须给互补对称功率放大电路设置一定的静态工作点(使信号vi=0时，T1、T2管都处于微导电状态)。根据静态工作点的不同设置，互补对称功率放大器可以工作在乙类功放，即三极管只在信号的半个周期内导电（180°）；甲类功放，三极管在整个信号周期内都导电,甲乙类功放，三极管的导电角大于180°而小于360°。（2）变压器耦变压器耦合的突出优点是，通过改变变压器的变比，能找到一个最佳的等效负载(此时输出功率最大，且不失真)。并且，在不提高电源电压的条件下，可以使输出电压的幅度Vom超过电源电压。)(11变比nNNiivvLcLoce由变压器原理可知LoLceLocceRvRviviv2'21LLoceLRnRvvR222''LR是由变压器付边负载电阻折合到原边后的等效电阻。而调节变比n的大小可用变压器抽头实现。T1集电极电流ic1从同名端流出，所以变压器次级电流也从同名端流出，形成负载上正半周信号。ovt●信号正半周时，T1导电，T2截止，ovtT2集电极电流ic2从同名端流进，所以变压器次级电流也从同名端流进，形成负载上的负半周信号。从而负载上得到一个完整的正弦波。●信号负半周时，T1截止，T2导电，2.7.21、输出功率Po和电源效率ηtVvimisintRVitVvLomoomosin)/(sin设输入：则输出：LomomomoooRVIVIVP2222输出功率：一、功率放大电路的主要技术指标双电源互补对称式(OCL)功率放大电路的主要技术指标电源提供平均功率：LomCCLomCCoCCERVVtdRtVVtdiVP2)(sin)(21200转换效率:CComLomCCLomEOVVRVVRVPP4222当输入信号使输出幅度达到理想的最大值时，CComVVLCComRVP22LCCERVP22%5.7844maxCComEOmVVPP最大不失真输出功率为：当考虑功放管的饱和压降VCES时，Vom=VCC-VCES，实际效率将小于78.5%(一般为60～70%)。2、管耗PTT1、T2两管的总管耗为：LomLomCCOmETRVRVVPPP222为求最大管耗PTM，对上式求导，并令dPT/dVom=0,即CCCComLomLCComTVVVRVRVdVdP64.0202omomLCCTMPPRVP4.042222此时：所以每个功放管的最大功耗为：omTMMTMTPPPP2.02121二、功率管的选取(2)功放管的耐压V(BR)CEO＞2VCC。(3)功放管允许的最大集电极电流ICM＞VCC/RL。(1)管子的功耗PCM＞0.2Pomax。在互补对称功率放大电路中，功放管必须按以下几点原则选取：三、(1)功率管应该严格配对，大小工作电流时的β一致。在大电流下饱和压降小，且一致。(2)管子的散热问题。在大功率场合，必须给管子装上一定尺寸的散热板，或进行风冷和水冷。(3)功放管因在大电流、高电压下工作，应对其采取过压和过流保护措施。(4)当电源质量不高或内阻较大时，电源内阻上的压降可能会引起功放电路的低频自激。消除低频自激的有效方法是在前置放大电路的供电回加接去耦电路。oRCCV2.7.3集成功率放大器一、集成运放的扩流集成运算放大器通常要加±15V电源供电，输出最大电压幅度大约在电源电压的80%至85%左右，即选用±15V电源电压时，其输出电压幅度为±12V到±13V左右，而输出电流仅为100mA以内,所以提供不出更大的功率。设想在集成运放的输出端再加一级互补对称功放电路，利用T1、T2互补管的电流放大作用，达到扩大输出电流，最终达到扩大输出功率的目的。1R2RLR1T2T1D2DccVccV5.05.0,ovov输入信号vi为0时，输出电压vo也为0。vB1=+15V,vB2=-15V，集成运放的正、负电源端电位分别为V⊕=+14.3V和V㈠=-14.3V，它们之间的压差为+14.3-(-14.3)=28.6V。静态分析：ov1Bv2Bvk10k10k10k101T2T)30(VVCC)30(VVCC'1T'2TT1’和T2’是内部管子加入信号vi后，T1、T2管的基极电位分别为：动态分析：22)(211oCCooCCBvVvvVv22)(212oCCooCCBvVvvVv此时运放电源两端的压差为：VVvVvVvvvvVVCCoCCoCCBEBBEB30)22()22()()(2211ov1Bv2Bvk10k10k10k101T2T)30(VVCC)30(VVCC内部输出级三极管'1T'2T说明在静态和动态时，电源两端压差几乎一样，因此运放工作是安全的。ov1Bv2Bvk10k10k10k101T2T)30(VVCC)30(VVCC'1T'2T当输入信号正半周时：随着信号增大，内部T1’和T1管趋向饱和边缘，输出趋向+30V电压；当输入信号负半周时：随着信号的负向增大，内部T2’和T2管趋向饱和边缘，输出趋向－30V电压；ov1Bv2Bvk10k10k10k101T2T)30(VVCC)30(VVCC'1T'2T所以，经扩压后的输出电压vO一般可达±24V以上。三、集成功率放大器一般通用型集成运放的输出功率是很小的，如μA741的输出功率仅为100mW左右。在需要较大功率场合，可选用集成功率放大器。5W音频放大器OTL电路，34dB增益，BW=300kHz，8欧姆负载时输出功率5W音量调节改善音质低频旁路电源去耦OCL音频放大器（20W）交流电压串联负反馈C1、C2、C3、C4电源去耦滤波C7、C5、R3改善音质用D1、D2正负向限幅习题2.7.62.7.7