模拟电子技术基础：第27讲 功率放大电路

第二十七讲第二十七讲 功率放大电路功率放大电路一、概述二、互补输出级的分析计算一、概述一、概述例：例：扩音系统扩音系统实际负载实际负载1.什么是功率放大器？什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大在电子系统中，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、器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很仪表指针偏转等。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。大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一、概述一、概述2.功率放大电路的特点功率放大电路的特点 （1）输出功率尽可能大。输出功率尽可能大。（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路功放电路中电流、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参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce一、概述一、概述2.功率放大电路的特点功率放大电路的特点(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。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。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（）。）。Po:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。100%OVPP（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题一、概述一、概述3.功率放大电路研究的问题功率放大电路研究的问题 （1）性能指标：输出功率和效率。性能指标：输出功率和效率。若已知若已知Uom，则可得，则可得Pom。L2omomRUP （2）分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。（3）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电反向击穿电压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在作在尽限状态。尽限状态。4.4.晶体管的工作方式晶体管的工作方式甲类：甲类：Q点适中，在正弦信号的点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：甲乙类：介于两者之间，介于两者之间，导通角大于导通角大于180iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：乙类：静态电流为静态电流为0，BJT只在只在正弦信号的半个周期内均导通。正弦信号的半个周期内均导通。iCuCEQ2ICQVCC（1 1）变压器耦合功率放大电路）变压器耦合功率放大电路 单管甲类电路单管甲类电路 输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？5.功率放大电路的种类功率放大电路的种类CQCCom1222CQCCIVPIV乙类推挽电路乙类推挽电路 信号的正半周信号的正半周T1导通、导通、T2截止；负半周截止；负半周T2导通、导通、T1截止。截止。相同类型的相同类型的两只管子交替工作，称为两只管子交替工作，称为“推挽推挽”。设设 为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。源提供的功率也越大。2CESCComUVU（2）OTL电路电路 2CCEBIVUUu静态时，输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周：C 的的“”T2地地RL C“”C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。2)2(CESCComUVU因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路电路。（3）OCL电路电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。2CESCComUVU静态时，静态时，UEQ UBQ0。（4）BTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地22CESCComUVU是双端输入、双端输是双端输入、双端输出形式，输入信号、负出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。载电阻均无接地点。管子多，损耗大，使管子多，损耗大，使效率低。效率低。几种几种电路的比较电路的比较 单电源供电，单电源供电，笨重，效率笨重，效率低，低频特性差。低，低频特性差。单电源供电，单电源供电，低频特性差。低频特性差。双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。单电源供电，单电源供电，低频特性好；双端输入低频特性好；双端输入双端输出。双端输出。二、二、互补输出级的分析估算互补输出级的分析估算求解输出功率和效率的方法求解输出功率和效率的方法:然后求出电源的平均功率，然后求出电源的平均功率，CCC(AV)VVIP效率效率VomPPL2omomRUP在已知在已知RL的情况下，先求出的情况下，先求出Uom，则，则uB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态电流电流 ICQ、IBQ。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，基于半个周期，基本不失真。本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQ2.效率效率LCESCCCCCC 0 LCESCCV)(2 )d(sin1RUVVtVtRUVPomCCCESVCC 4PVUPV1.输出功率输出功率2CESCComUVUL2CESCCom2)(RUVP3.晶体管的极限参数晶体管的极限参数CMLCCmaxCIRViCEO(BR)CCmaxCE2UVuttRUtUVP d sin)sin(21LOM 0 OMCCTPT对对UOM求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得CCCCOM 6.02VVU 在输出功率最大时，因管压降最小，在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；输出功率最小时，因故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。集电极电流最小，故管子损耗也不大。管子功耗与输出电压峰值的关系为管子功耗与输出电压峰值的关系为L22CCTmax RVPomom2TmaxL2CComCES2.0220PPPRVPU，则若因此，选择晶体管时，其极限参数因此，选择晶体管时，其极限参数CCCMCmaxLCEO(BR)CEmaxCCCMTmaxom020.2|CESUVIiRUuVPPP将将UOM代入代入PT的表达式，可得的表达式，可得清华大学 华成英 讨论讨论：出现下列故障时，将产生什么现象出现下列故障时，将产生什么现象?1.R2短路；短路；2.R2断路；断路；3.D1短路；短路；4.D1断路；断路；5.T1集电极开路。集电极开路。T2、T5的极限参数：的极限参数：PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。