乙类双电源互补对称功率放大电路.ppt

封面,西藏·羊八井·温泉,乙类双电源互补功率放大电路(OCL),返回,引言,工作在乙类的放大电路 ，虽然管耗小,有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被削掉了。如果用两个管子，使之都工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，而另外一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都能加到负载上，从而在负载上得到一个完整的波形，这样就能解决效率与失真的矛盾。,本页完,引言,返回,学习要点,本 节 学 习 要 点 和 要 求,乙类双电源互补对称功率放大电路OCL,乙类OCL的电路特点,乙类OCL的工作过程,计算乙类OCL的PO、 PT、 PV和,选择功放管,返回,一、电路的组成和工作过程 静态时电路状态,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),OCL 为 Output Capacitorless(无输出电容器)的缩写.,继续,本页完,ui=0,分析电路可知：当输入信号为0时,两只管的BE极间电压UBE = 0，均处于截止状态，三极管属于乙类工作性质。,0,0,0,0,0,0,0,0,0,静态时Q使管子截止,静态时Q使管子截止,电路组成如图所示,由一个PNP管和一个NPN管组成.,电路的静态分析,正半周,UBE2反偏T2截止,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),继续,本页完,+,+,+,+,UBE1正偏T1导通,当输入信号为正半周时, T1管的BE极处于正偏导通, T2 管的BE 极处于反偏而截止，通过T1 的电流iC流经负载, 在RL 上产生一个正半周的输出电压uO , 输出半个波形。,单击此进入OCL工作过程演示,输入信号为正半周时,负半周,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),输入信号为负半周时,两管的B极电压比地低。,UBE反偏T1截止,UBE正偏T2导通,继续,本页完,通过分析知:输入信号在一个周期内,T1与T2轮流导通和截止,可以输出一个完整的波形。 这种电路称为推挽式电路或称为互补对称电路。 仔细观察电路还可以知道 , 负载RL是接在两管的发射极,与每个管组成一个射随器,所以这个电路没有电压放大作用,但可以输出很大的电流,达到功率放大的效果。,单击此进入OCL工作过程演示,+,二、电路的分析计算,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),继续,二、电路的分析计算,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,输出功率PO、POm,本页完,由于功率放大器的输出是工作在大信号状态下,所以在分析功率放大器的各种参数时，不能用第三章的微变等效法 ( H 参数等效法 ) 计算 ，只能用通过图解法结合电路分析 的方法确定输出电压、管耗、效率等 的参数. 由于两个管子的极性相反( PNP和NPN ) , 所以其输出特性曲线刚好是相反,又因为两管的Q点相同(均在截止点 ) ，所以两曲线在Q点处相衔接。,1、输出功率Po Po的一般式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,本页完,1、输出功率Po,输出功率Po(有效值)的一般式,输出电压的幅值Uom,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,Uom,Iom,输出电流的幅值Iom,设输出功率为Po 输出电压有效值为Uo 输出电流有效值为Io输出电压的幅值为Uom,电路允许输出的最大功率Pom,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),单击此进入OCL工作过程演示,二、电路的分析计算,继续,本页完,由下图可看出, 输出电压的最大范围是如图所示的正弦波的两个幅值2Ucem之间, 超过这两个值则进入饱和区而产生失真。根据这两个值可算出本电路的最大输出功率Pom.,OCL 允许输出的最大功率Pom,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,Ucem,Icm1,1、输出功率Po,输出功率Po(有效值)的一般式,输出的最大电压幅值Ucem,显然 Uom 越大，输出的功率PO越大，当Uom 为最大值时，输出的功率PO= POm,推导Pom表达式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),单击此进入OCL工作过程演示,二、电路的分析计算,继续,本页完,根据输出功率的一般式 , 把输出电压的最大值Ucem代替Uom即可,由图可知,Ucem VCC (电源电压) 所以,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,输出功率PO、POm,Ucem,Icm1,OCL 允许输出的最大功率Pom,1、输出功率Po,输出功率Po(有效值)的一般式,输出的最大电压幅值Ucem,最大功率Pom的几何意义就是这个三角形的面积。,2.管耗PT 推导PT的表达式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,所谓管耗 PT 就是损耗在三极管本身的转化为热量的电能,这是无用功。,2、管耗PT,继续,本页完,iO,uCE,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,管耗PT,管耗PT,管耗PT,1、输出功率Po,iC,设输出为正弦波 uo= Uom simt , 每只管只在半个周期内(0)导通,则在这期间的管耗PT1为,把 uO= Uom simt 代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为,两只管的总管耗PT为,思路：管耗PT由流经三极管的iC (iC iO =uO /RL)与三极管ce极电压uCE(=VCC -uO)的乘积决定。但由于uO是变量, 所以 uCE 也是变量，计算管耗PT 要用积分。又因为两只管是对称的 ，管耗一样 ，只需求出一只管的管耗PT1 ，然后乘2即可。,管耗PT的表达式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,本页完,管耗PT,电源供给的功率PV,效率,管耗PT,2、管耗PT,1、输出功率Po,设输出为正弦波 uo= Uom simt , 每只管只在半个周期内(0)导通,则在这期间的管耗PT1为,把 uO= Uom simt 代入上式后解积分方程得每只管的管耗PT1为,两只管的总管耗PT为,iO,uCE,3.直流电源供给的功率PV (1)PV的一般式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,本页完,电源VCC供给的功率PV , 显然是输出功率Po和管耗PT之和，,3、直流电源供给的功率PV,PV=Po+PT,其中,解以上三个式子得：,(1)PV的一般式,电源供给的功率PV,效率,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,iO,uCE,过度,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,3、直流电源供给的功率PV,(1)PV的一般式,电源供给的功率PV,效率,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,iO,uCE,(2)PVm的表达式,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,本页完,3、直流电源供给的功率PV,(1)PV的一般式,电源供给的功率PV,效率,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,电源供给的功率PV,(2)PV的最大值Pvm,上式中PV 与Uom 是一次函数关系，所以当输出电压幅值达到最大时,即,Uom=Ucem VCC时,代入上式得电源供给的最大功率PVm为,参考最大输出功率一节,iO,uCE,4.效率,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,继续,本页完,效率的定义为有用功与总功之比, 本电路显然是输出功率Po与电源供给功率PV之比。,Uom=Ucem VCC 时,代入上式得输出最大功率Pom时的效率为,4、效率,当输出电压幅值达到最大时,即,这也是本电路的最大效率。,一般效率,最大效率, m= p/4,效率,效率,效率,效率,3、直流电源供给的功率PV,一般情况下的效率为,iO,uCE,由式可得 , 输出电压的幅度Uom越大,效率越高 , 输出电压幅度Uom越小,效率越低。,三.功率管BJT的选择 1.最大管耗与最大输出功率的关系,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,三、功率管BJT的选择,继续,本页完,首先确定令管耗PT1为最大的条件,1.最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系,最大管耗PT1m,根据电路的输出功率，利用以下关系挑选合适管耗的三极管。,解得Uom=2VCC / 0.6VCC,管耗 PT1 与输出电压幅值 Uom的一般关系式,对上式求导数并令为0,因为电路的最大输出功率Pom为,Pom =V 2CC / 2RL,PT1m 0.2Pom,管耗与输出的关系,最大允许管耗PCM,管的最大Uce,BJT的最大ICM,管耗与输出的关系,管耗与输出的关系,管耗与输出的关系,PT1 随Uom 的变化是二次函数关系,由其性质可知,存在一个极大值PT1m 。,把Uom= 2VCC /0.6VCC 代入可求出PT1 的最大值。,iO,uCE,由分析知 ：若确定了电路的最大输出功率后 ,可挑选管耗符合上式的三极管使用 。例如某一电路设计时要有 10W 的最大输出功率,那么在挑选三极管时,其允许的最大的管耗PCM必须要大于等于2W,这样在工作时三极管才不会烧毁。,iO,uCE,2.功率BJT的选择 (1)每只管的最大允许管耗PCM必须大于 PT1m 0.2Pom (2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|V(BR)CEO|2VCC;,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,三、功率管BJT的选择,在选择三极管(BJT)时 , 为了保证三极管的工作安全,一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数。,(1)每只管的最大允许管耗PCM必须大于 PT1m 0.2Pom;,(2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC;,2.功率BJT的选择,考虑到当某只管导通时,另一只管CE间所承担的电压为2VCC,所以每只管的CE极最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC;,+VCC,+VCC,2VCC,三极管导通,VCC直接加到T2管,继续,本页完,uce 0,+VCC,+VCC,最大允许管耗PCM,管的最大Uce,BJT的最大ICM,最大允许管耗PCM,最大允许管耗PCM,最大允许管耗PCM,管的最大Uce,管的最大Uce,管的最大Uce,1.最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系,OCLBJT的最大集电极电流ICM,一、电路的组成和工作过程,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),二、电路的分析计算,三、功率管BJT的选择,io,vce,如左图所示情形就是实际工作中通过BJT的最大集电极电流(icm iom) ,所以有 icm iom= VCC / RL 所以 BJT允许的最大集电极电流ICM应有 ICMicm=VCC / RL 否则当 BJT工作在最大集电极电流icm状态下较长时间时,BJT会烧毁。,(3) BJT的最大集电极电流ICM,ICMicm=VCC / RL,继续,本页完,vce 0,+VCC,BJT的最大ICM,BJT的最大ICM,BJT的最大ICM,BJT的最大ICM,2.功率BJT的选择,1.最大管耗PT1m和最大输出功率Pom的关系,在选择三极管(BJT)时 , 为了保证三极管的工作安全,一般都应在电路输出最大功率Pom状态下选择三极管的极限参数。,(1)每只管的最大允许管耗PCM必须大于 PT1m 0.2Pom;,(2)每只管的CE极间最大反向极间电压应有|U(BR)CEO|2VCC;,OCL电路分析计算公式一览表,OCL电路分析计算公式一览,乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),继续,输出功率Po(有效值),BJT的管耗PT,PT1m 0.2Pom,电源供给的功率,电源的效率,本页完,OCL电路的特点,1、OCL是射随器；,2、OCL 本身没有电压放大作用 ( 电压 放大由前一级放大电路完成,前级电压放大电路一般称为前置级 ），主要用作电流放大；,3、OCL 推挽输出级要使用两只极性不同的管子搭配。,例题,返回,结束, m= p/4,注意：以上各式中的Uom均是输出正弦波电压中的振幅。,例5.2.1求管子参数,一、功率放大电路的特点及主要研究对象,例 功放电路如图所示,管的极限参数为 ICM=2A , |U(BR)CEO|=30V, PCM=5W,设VCC=12V,RL=8。试求(1)最大输出功率Pom值 ,并检验所给BJT是否能安全工作？(2)放大电路在=0.6时的输出功率PO值。,解:(1)利用求最大输出功率的公式得,检验所选三极管是否合适本电路,而本电路工作时最大的集电极电流icm,因为要有ICM =2Aicm,icm iom= VCC / RL = 12 / 8 =1.5 (A),有ICM=2A icm =1.5 (A) 本参数符合要求,又因为BJT的 |U(BR)CEO|=30V2VCC=212V=24V 本参数亦符合电路要求,对于管耗应符合PCM PT1m 0.2Pom;,而 PT1m 0.2Pom=0.29=1.8(W),PCM=5W PT1m=1.8W 符合要求,ICMicm=VCC / RL,|U(BR)CEO|2VCC,PCM PT1m 0.2Pom,单击此按钮即可返回链入处,继续,本页完,应用公式,例5.2.1求电路效率和输出功率,继续,(2)求=0.6时的输出功率Po,求出当 = 0.6时的输出电压幅值Uom,代入输出功率的一般式得,根据效率的一般式,= 4,Uom,=9.2(V),= ,本页完,应用公式,解:,例 功放电路如图所示,管的极限参数为 ICM=2A , |U(BR)CEO|=30V, PCM=5W,设VCC=12V,RL=8。试求(1)最大输出功率Pom值 ,并检验所给BJT是否能安全工作？(2)放大电路在=0.6时的输出功率PO值。,例5.2.1结束页,继续,(2)求=0.6时的输出功率Po,求出当 = 0.6时的输出电压幅值Uom,代入输出功率的一般式得,根据效率的一般式,= 4,Uom,=9.2(V),= ,本页完,应用公式,解:,例 功放电路如图所示,管的极限参数为 ICM=2A , |U(BR)CEO|=30V, PCM=5W,设VCC=12V,RL=8。试求(1)最大输出功率Pom值 ,并检验所给BJT是否能安全工作？(2)放大电路在=0.6时的输出功率PO值。,返回,结束,再见,再见,