第4章--功率电子电路

4.1概述4.2乙类互补对称功率放大电路4.3甲乙类互补对称功率放大电路*4.4集成功率放大器甲乙类双电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路例：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4.1概述功率放大电压放大信号提取一.功放电路的特点（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(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二.甲类功率放大器分析1.三极管的静态功耗：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+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.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，效率低三.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。iCuCEQ2ICQVCC一.结构互补对称：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。4.2乙类互补对称功率放大电路＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR二、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。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCES＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP1.输出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP三、分析计算动画演示＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR一个管子的管耗)(d)(21=0LooCCT1tRuuVPππ2.管耗PT两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtUtUVππ)4(12omomCCLUUVRT1T2=PP)4(22omomCCLUUVR＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLR3.电源供给的功率PEToE=PPPLomCC2RUV当时，CComVU2L2CCEmRVP4.效率CComEo4=VUPP时，CComVU%78.54max最高效率max四．三极管的最大管耗)4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCCππomL2CCT1max2.022.0PRVP问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：选功率管的原则：1.PCMPT1max=0.2PoM2．CCCEOBRVU2)(L2CCoM2RVP＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLRtuo交越失真uit存在交越失真乙类互补对称功放的缺点＋－uuＴ１Ｔ２VCCoiLRVCCuu＋-Ｔ２oLRi2RD12RＴ１1VCCDVCC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1.基本原理4.3甲乙类互补对称功率放大电路一.甲乙类双电源互补对称电路uu－＋２ＴRoLi2R1DD2VCC１1ＴRVCCuB1tUTtiBIBQ波形关系：ICQiCuBEiBib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2.带前置放大级的功率放大器动画演示（甲乙类互补对称电路的计算同乙类）-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT33.电路中增加复合管增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合NPN型复合PNP型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb4.带复合管的OCL互补输出功放电路：T1：电压推动级（前置级）T2、R1、R2：UBE扩大电路T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。合理选择R1、R2，b3、b5间可得到UBE2任意倍的电压。22122RRRUUBECE＋u－uLRＶＣＣT3TT65oＣＣＶT41T2Ti3RR12R1、基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。（1）静态偏置二.甲乙类单电源互补对称电路调整RW阻值的大小，可使CCP21VU此时电容上电压CCC21VU+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）动态分析（电容起到了负电源的作用）Ui负半周时，T1导通、T2截止；Ui正半周时，T1截止、T2导通。动画演示+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax%5.78max2maxCCoVU此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO2.带自举电路的单电源功放静态时CCP21VUC1充电后，其两端有一固定电压动态时由于C1很大，两端电压基本不变，使C1上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7为自举电路3.带运放前置放大级的功率放大电路运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：aRRuuAfiou1＝uu+-DAR+∞+－iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R总结：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4.4集成功率放大器集成功率放大器DG4100简介：集成功放DG4100的外部接线图：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。本章小结