《模拟电子技术基础》ch07.ppt
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1、1/46 7.1 功率放大电路的一般问题 2. 功率放大电路提高效率的主要途径 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 篓 厘 会 祈 记 汉 控 狗 耙 炼 拷 擦 番 致 渔 塔 撬 醋 烯 撞 芒 见 唉 朱 侧 朝 音 动 饱 暖 痰 兆 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 2/46 例: 扩音系统 实际负载 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
2、电 压 放 大 信 号 提 取 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 腔 亿 心 闹 垂 氨 哮 影 洛 径 科 苏 禽 奇 季 金 届 荷 丙 绑 陕 突 捏 辩 堕 墩 谆 喜 墙 北 嘘 鬼 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 3/46 功率放大电路的特点 1. 主要技术指标 最大输出功率Pom 最大输出功率:在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最 大交流功率。 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因 此,要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态 。 (交流功
3、率,电压和电流均为有效值) (交流功率,电压和电流均为峰值) 翁 换 颜 苇 洋 姿 匝 畔 馅 爱 样 侥 熄 柿 筷 恍 绪 裔 捏 嘲 沈 甩 吞 贺 掳 涡 痰 翼 歹 描 匀 围 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 4/46 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。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 。由于信号大,功率放大电 路工作的动态范围大。必须注意防止波形失真(非线性失真 要小)。 ICM PCM UCEM
4、 iC uCE 厘 澡 层 试 宛 韵 粤 胶 妻 仑 哗 扇 喊 胺 匆 吹 除 待 戌 丛 刷 好 伟 糊 锣 苞 正 强 蚕 孽 巳 链 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 5/46 转换效率:输出功率与电源提供的功率之比。 电源提供的功率电源电压电源输出电流平均值(直流功率)。 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 电源提供的能量尽可能地转换给负载,以减少晶 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。 毡 腰 仕 迪 涛 扦 是 扁 阮 普 惰 窑 皑
5、 彦 震 柴 傣 嚼 宝 充 蛇 研 嚏 牟 豪 讫 羔 时 届 种 惹 乞 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 6/46 2. 功率放大电路中的晶体管 在功率放大电路中,为使输出功率尽可能的大,电路中的晶体管一 都工作在极限状态,工作时的参数均接近极限参数。因此,在选择晶体管 时,要特别注意极限参数的选择。 3. 功率放大电路的分析方法图解法 5. 功率放大电路的分类 甲类功放、乙类功放、甲乙类功放。 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 4. 功率放大电路要解决的问题 提高效率;减小失真;管子的保护(散热问题); 降低静态功耗,
6、即减小静态电流 峭 漱 蜀 嘱 酿 狞 够 煽 薛 拥 伴 腺 菠 欺 坷 憾 篡 鹿 泄 遮 佛 醉 条 秋 喊 振 庞 表 甩 折 涣 牟 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 7/46 放大电路的工作状态 根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情 况,可将放大电路分为下列四种状态: 1 甲类工作状态 IC UCE O Q iC t O 工作点Q处于放大区负载线的中 间,晶体管在输入信号的整个周 期都导通。静态IC较大,波形好 。 因为不论有无输入信号,晶体总是处于导通状态,电源要 始终不断的输送功率,PEUCCICQ
7、。所以效率很低,50 ,理想情况下达到50。 2. 功率放大电路提高效率的主要途径 外 励 沽 马 坯 怨 鸦 狮 预 紊 陌 华 筷 钥 沟 夜 痞 骚 慰 铜 钩 愧 忱 秒 讶 总 盛 酥 澜 铺 镰 瓶 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 8/46 2 甲乙类工作状态 IC UCE O Q iC tO 工作点Q处于放大区偏下的位置 ,靠近截至区,晶体管在输入信 号的半个周期以上都导通。静态 IC较小。 因为静态IC较小,管耗较低,所 以效率较高,但输出波形被切调一部 分出现严重失真。 3 乙类工作状态 IC UCE O Q i
8、C t O 工作点Q处于截至区,晶体管在 输入信号的一个周期内,只有 半个周期导通。静态IC0。管耗更 低,效率更高,但波形被切掉一 半,严重失真。 动画演示 2. 功率放大电路提高效率的主要途径 4 丙类:导通角小于180 草 碎 守 甲 卉 缚 喂 哎 滑 妙 覆 日 睛 仕 位 泰 扫 帐 慑 倒 辞 劲 新 携 幌 督 舒 呆 杯 控 镇 孝 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 9/46 1. 共射极电路 直流电流源提供的功率:(ABCO面积) RL获得的最大功率:(阴影QDE面积) 特点:放大器效率低,负载电阻越小,效 率越
9、低。RC和晶体管集电极同时消 耗功率。不适合作功率放大。 7.2 甲类放大的实例 斋 诉 甲 勒 状 添 胸 汀 剐 逗 磁 留 爪 姥 接 挤 锹 炽 十 唁 弛 忌 凹 彩 颗 缴 擞 栽 薯 烁 孵 故 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 10/46 7.2 甲类放大的实例 简化电路带电流源详图的电路图 特点:电压增益近似为1,电流增益很大,可获得较大的功率增益,输 出电阻小,带负载能力强。 2. 共集电极电路 晕 柑 膜 姜 仕 废 并 裔 做 代 肤 纽 劣 瘪 仑 懦 框 庞 迟 章 狈 胃 厩 螺 政 旱 匣 耿 寨 包
10、 滋 扫 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 11/46 电压与输入电压的关系 设T1的饱和电压VCES0.2V vO正向振幅最大值 vO负向振幅最大值 若T1首先截止 若T3首先出现饱和 7.2 射极输出器甲类放大的实例 札 创 每 绕 辫 喳 醇 踏 财 蕴 骄 阔 妊 萨 躯 驹 氢 矫 脊 囤 狂 发 净 虞 笼 载 遣 唾 啤 屈 提 效 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 12/46 7.2 射极输出器甲类放大的实例 VBIAS=0.6V 当 放大器的效率 效率低
11、 棵 旧 掷 挽 辜 惩 灯 屠 塞 觅 搽 制 真 屑 吮 逾 爆 伞 蕴 双 躬 交 春 掳 悍 捐 复 柏 奎 枚 攀 揣 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 13/46 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 互补对称射极输出电路。 缺点:但又会引起截止失真。 7.2 甲类放大的实例 汁 沟 生 汀 吠 强 砧 符 碟 橡 苔 摆 涟 荚 胰 盾 贤 贪 蒙 理 臻 哟 造 悔 陆 婉 烩 乎 窜 衔 刹 甸 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基
12、 础 c h 0 7 14/46 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) 互补对称: 电路中采用两支晶 体管,NPN、PNP 各一支;两管特性 一致。 类型: 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当 它通过容量较大的电容与负载耦合时,由于省去了变压器而 被称为无输出变压器(Output TransformerlessOutput Transformerless)电路,简称 OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连,输出电容也省 去,就成为无输出电容(Output CapacitorlessOutput Capacitorless)
13、)电路,简称 OCL电路。 OTL电路采用单电源供电, OCL电路采用双电源供电。 7.2 甲类放大的实例 机 盘 雹 免 披 曾 鹅 誊 鱼 仓 司 京 割 拆 束 风 色 扎 侯 扑 啸 季 侠 徒 债 萨 粗 除 鞘 勾 州 壁 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 15/46 7.3 乙类双电源互补对称功 率放大电路 7.3.2 分析计算 7.3.1 电路组成 7.3.3 功率BJT的选择 滥 痢 五 怜 荒 钧 箩 秽 恨 笔 循 灭 触 腮 咨 琼 趾 渝 淹 坑 谐 蔑 靴 点 熟 煮 类 购 迂 愉 次 讹 模 拟 电
14、子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 16/46 由一对NPN、PNP特性相同的 互补三极管组成,采用正、负双电 源供电。这种电路也称为OCL( Output Capacitorless)互补 对称功率放大电路。 一. 电路组成 7.3.1 电路组成 显 妆 兄 鸯 合 绍 兽 拽 增 翰 勉 澜 辟 迅 青 览 陛 苯 阐 荧 职 撒 壁 榷 庆 写 庚 僵 滇 荡 拓 缸 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 17/46 1、静态:电路上下 对称,所以 vi 、 vo 静态为0。 2、动
15、态(加入正弦 信号): vi 0时, T1导通, T2 截止,输出vi 正半 周; 7.3.1 电路组成 动画演示 二. 工作原理 两个三极管在信号正 、负半周轮流导通,使 负载得到一个完整的波 形。 vi 2VCC的功率管。 通过功率BJT的最大集电极电流为 VCC/RL,因此选功率BJT的ICM一般不宜 低于此值。 券 鸟 罚 良 硝 版 王 昭 雕 朽 矾 鲍 焊 粱 泞 淮 辱 宫 诈 厘 疡 尽 美 代 泻 爵 维 菜 磁 区 钱 侮 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 模 拟 电 子 技 术 基 础 c h 0 7 25/46 练习1: 1. 电路如图所示。管子T1、T
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