《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》PPT課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),安徽理工大學(xué)電氣工程系,主講 ：黃友銳,第十七講,17.1 概述 17.2 乙類互補(bǔ)功率放大電路 17.3 其它類型互補(bǔ)功率放大電路,17 功率放大電路,17.1 概述,功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號(hào)電壓大； 輸出信號(hào)電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。 電壓放大器一般工作在甲類，三極管360導(dǎo)電，其輸出功率由功率三角形確定。甲類放大的效率不高，理論上不超過25%。,功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時(shí)的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時(shí)雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就 不能采用。推挽電路和互補(bǔ)對稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。,17.2 乙類互補(bǔ)功率放大電路,17.2.1 三極管的工作狀態(tài) 17.2.2 乙類互補(bǔ)功率放大電路 的工作原理,17.2.1 三極管的工作狀態(tài) 三極管根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四個(gè)狀態(tài)，如圖17.01所示。 甲類-三極管360導(dǎo)電； 甲乙類-三極管180360導(dǎo)電 乙類-三極管180導(dǎo)電 丙類-三極管<180導(dǎo)電,17.2.2 乙類互補(bǔ)功率放大 電路的工作原理,（1）電路組成 乙類互補(bǔ)功率放大電路如圖17.02所示。它由一對NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。,圖17.02 乙類互補(bǔ)功率放大電路及波形,（2）工作原理,當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。,當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù) 載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。于是兩個(gè)三極管一個(gè)正半周，一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個(gè)完整的不失真波形。,動(dòng)畫17-1,嚴(yán)格說，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真，這個(gè)失真稱為交越失真。如圖17.03所示。,圖17.03 交越失真,動(dòng)畫17-2,動(dòng)畫17-3,為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。此時(shí)的互補(bǔ)功率放大電路如圖17.04所示。,(a)利用二極管提供偏置電壓 (b)利用三極管恒壓源提供偏置 圖17.04 甲乙類互補(bǔ)功率放大電路,（3）參數(shù)計(jì)算 1最大不失真輸出功率Pomax 設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類工作狀態(tài)，輸入為正弦波。忽略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為,直流電源提供的功率為半個(gè)正弦波的平均功率，信號(hào)越大，電流越大，電源功率也越大。直流電源功率PV 的表達(dá)式推導(dǎo)如下,2電源功率PV,即PV Vom 。當(dāng)Vom趨近VCC時(shí)，顯然PV 近似與電源電壓的平方成比例。,3三極管的管耗PT 電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然,將PT畫成曲線， 如圖17.05所示。,圖17.05 乙類互補(bǔ)功放電路的管耗,顯然，管耗與輸出電壓幅度有關(guān)，圖17.05中畫陰影線的部分即代表管耗，PT與Vom成非線性關(guān)系，有一個(gè)最大值。用PT對Vom求導(dǎo)的辦法找出這個(gè)最大值。PTmax發(fā)生在 處，將Vom=0.64VCC代入PT表達(dá)式，可得PTmax為：,對一只三極管,圖17.05 乙類互補(bǔ)功放電路的管耗,4效率,當(dāng)Vom = VCC 時(shí)效率最大，=/4 =78.5。,(4) 大功率三極管輸出特性曲線的分區(qū),在大功率三極管的輸出特性中，除了與普通三極管一樣分有放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)外，從使用和安全角度還分有 過電流區(qū) 過電壓區(qū) 過損耗區(qū) 它們的位置如 圖17.06所示。,圖17.06 三極管的極限工作區(qū),過電流區(qū)是由最大允許集電極電流 確定的，超過此值，將明顯下降。,過電壓區(qū)由c、e間的擊穿電壓 V(BR)CEO所決定。,過損耗區(qū)由集電極功耗PCm所決定。,17.3其它類型互補(bǔ)功率放大電路,除了雙電源的標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大電路外， 還有一些其它類型的互補(bǔ)功率放大電路。 17.3.1 單電源互補(bǔ)功率放大電路 17.3.2 采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路 17.3.3 集成功率放大器 17.3.4 BTL互補(bǔ)功率放大電路 17.3.5 雙通道功率放大電路,17.3.1 單電源互補(bǔ)功率放大電路,當(dāng)電路對稱時(shí)，輸出端的靜態(tài)電位等于VCC /2。 為了使負(fù)載上僅獲得交流信 號(hào)，用一個(gè)電容器串聯(lián)在負(fù) 載與輸出端之間。這種功率 放大電路也稱為 OTL 互補(bǔ) 功率放大電路。電容器的容 量由放大電路的下限頻率確 定，即：,圖17.07單電源OTL互補(bǔ)功率放大電路,單電源互補(bǔ)功率放大電路如圖17.07所示。,動(dòng)畫17-4,17.3.2 采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路,當(dāng)輸出功率較大時(shí)，輸出級(jí)的推動(dòng)級(jí)，即末前級(jí)也應(yīng)該是一個(gè)功率放大級(jí)。此時(shí)往往采用復(fù)合管，復(fù)合管有四種形式，見圖17.08。,復(fù)合管的極性由前面的一個(gè)三極管決定。由NPN-NPN或PNP-PNP復(fù)合而成的一般稱為 達(dá)林頓管。,圖17.08 四種類型的復(fù)合管,17.3.3 集成功率放大器,集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面。集成功放是在集成運(yùn)算放大器的電壓互補(bǔ)輸出級(jí)后，加入互補(bǔ)功率輸出級(jí)而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率放大器實(shí)際上也就是一個(gè)具有直接耦合特點(diǎn)的運(yùn)算放大器。它的使用方法原則上與集成運(yùn)算放大器相同。,集成功放使用時(shí)不能超過規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。集成功放要加有足夠大的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超過允許值。集成功放一般允許加上較高的工作電壓，但許多集成功放可以在低電壓下工作，適用于無交流供電的場合，此時(shí)集成功放電源電流較大，非線性失真也較大。,17.3.4 BTL互補(bǔ)功率放大電路,BTL互補(bǔ)功率放大電路方框圖如圖17.09所示。它是由兩路功率放大電路和反相比例電路組合而成，負(fù)載接在兩輸出端之間。兩路功率放大電路的輸入信號(hào)是反相的，所以負(fù)載一端的電位升高時(shí)，另一端則降低，因此 負(fù)載上獲得的信 號(hào)電壓要增加一 倍。 BTL放大電 路輸出功率較大， 負(fù)載可以不接地。,圖17.09 BTL互補(bǔ)功放電路方框圖,17.3.5 雙通道功率放大電路 雙通道功率放大電路是用于立體聲音響設(shè)備的功率放大電路，一般有專門的集成功率放大器產(chǎn)品。它有一個(gè)左聲道功放和一個(gè)右聲道功放，這兩個(gè)功放的技術(shù)指標(biāo)是相同的，需要在專門的立體聲音源下才能顯現(xiàn)出立體聲效果。有的高級(jí)音響設(shè)備一個(gè)聲道分成二、三個(gè)頻段放大，有相應(yīng)的低頻段、中頻段和高頻段放大器。,