第四章(X2)功放

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,例：,扩音系统,执行机构,功率放大器的作用：,用作放大电路的,输出级,，以,驱动,执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,功率放大,电压放大,信号提取,4.2,功率放大器,4.2,功率放大器,功率放大器作为放大电路的输出级,功率放大。,一、对功率放大电路的基本要求：,1.,输出功率要足够大,如输入信号是某一频率的正弦信号,则输出功率表达式为,:,1.,输出功率要足够大,输入信号电压幅度大，,三极管工作在极限参数状态下：,I,CM,、,P,CM,、,U,（BR）CEO,用,图解法分析（不用微变等效电路法）,I,CM,P,CM,U,CEM,I,c,u,ce,2.,效率要高,式中,P,o,为信号输出功率,P,E,是直流电源向电路提供的功率。,在直流电源,提供相同直流功率的条件下,输出信号功率愈大,电路的效率愈高。,功率放大器在输出功率的同时,不可忽视,管耗问题,为使输出功率大,可知,I,om,、,U,om,也应大,故功率放大器采用的三极管均应工作在,大信号状态,下。,3.,信号失真要小,由于输出信号幅度较大,使三极管工作在饱和区与截止区的边沿,因此输出信号存在一定程度的失真。,二、射极输出器的,功率放大及,工作状态,R,R,C,1,C,2,u,i,u,o,U,CC,c,b,e,R,R,U,CC,c,b,e,直流通路：,直流负载线,:,斜率,:,-,1/,R,E,R,R,R,L,i,0,u,i,u,0,i,b,i,c,交流通路,R,L,=R,E,/R,L,R,R,U,CC,c,b,e,直流通路,斜率,:,-,1/,R,L,交流负载线,:,u,ce,=,u,0,=-,R,L,i,c,Q,i,C,i,Bmax,i,Bmin,i,C,I,C,Q,t,t,u,CE,u,CE,U,CC,U,CE,Q,I,C,Q,U,C,C,R,E,交流负载线,k,R,L,1,Q,1,Q,2,I,B,Q,A,要想,P,O,大，就要使功率三角形的面积大，即必须使,V,om,和,I,om,都要大。,放大电路向电阻性负载提供的,输出功率,：,在输出特性曲线上，正好是三角形,ABQ,的面积，这一三角形称为,功率三角形。,输出功率和功率三角形,设,u,i,足够大,Q,点合适,则可能输出最大功率,:,直流电源,U,CC,供给的功率为,:,最大效率,:,设,u,i,足够大,Q,点合适,则可能,输出最大功率,:,效率,答：,不合适，因为效率太低。,u,o,t,u,o,射极输出器输出电阻低，带负载,能力强，可以用做功率放大器吗,？,问题讨论,:,i,b,u,ce,Q,I,c,U,SC,/R,E,U,SC,R,b,u,o,U,SC,u,i,R,E,如何解决效率低的问题？,办法：降低,Q,点,但又会引起截止失真,互补对称电路,工作状态的分类：,1,）甲类放大,2,）甲乙类放大,3,）乙类放大,乙类放大状态,甲类放大状态,功率放大器工作状态的分类,（,a,）,甲类,;,（,b,）,乙类,;,（,c,）,甲乙类,互补对称电路,甲类：,信号不失真，,管耗大，,甲乙类：,乙类：,静态电流 小,，,管耗小，,但,波形严重失真,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。,对称电源：,U,CC,，,-U,CC,组成互补对称式射极输出器,u,i,-,U,CC,T,1,T,2,u,o,+,U,CC,R,L,i,L,NPN,型,PNP,型,三、互补对称功率放大电路,1.,工作在乙类：,双电源,乙类互补功率放大电路,又称无输出电容的功率放大电路,简称,OC,L,电路,u,i,-,U,CC,T,1,T,2,u,o,+,U,CC,R,L,i,L,工作原理（设,u,i,为正弦波）,1,）静态分析,T,1,，,T,2,特性,参数,+U,CC,、,-U,CC,完全对称,V,E,=0，U,CE1,=U,CC,，U,CE2,=-U,CC,R,L,中无电流,u,i,=0V,T,1,、,T,2,均,截止,(,不工作,),u,o,=0V,E,工作原理（设,u,i,为正弦波）,i,c,1,i,c,2,u,i,0V,T,1,截止，,T,2,导通,u,i,0V,T,1,导通，,T,2,截止,i,L,=,i,c,1,;,u,i,-,U,CC,T,1,T,2,u,o,+,U,CC,R,L,i,L,i,L,=,i,c,2,注意：,T,1,、,T,2,两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。,2,）,动态分析,R,L,上形成正半周输出电压,R,L,上形成负半周输出电压,3),输出功率和效率的估算,O,波形,Q,U,CC,U,cem,u,CE,I,cm,U,ces,U,C,E,波形,波形,I,cm,2,I,cm,O,U,ces,U,cem,2,U,cem,A,B,O,u,CE,U,ces,Q,i,B,L,1,R,-,1,c,i,2,c,i,1,c,i,1,c,i,1,B,i,1,B,i,i,c,变化范围,：,2I,cm,u,0,变化范围,：,2U,cem,输出功率,P,o,一个周期内,T,1,、,T,2,轮流导通，,每个电源只在半个周期内供给功率，,而流过每个直流电源的电流,i,c1,、,i,c2,都是半个正弦波，,其平均值：,I,CO,=I,CO1,=I,CO2,t,i,c,1,2,二个直流电流提供的功率,P,E,:,效率,:,注：此为,最大效率,(,忽略,U,CES,、,u,i,足够大的条件下得到的）,管耗,P,C,：,注：,与,u,i,、,U,0m,有关（,功放可能工作在极限情况下；,也可能工作在非极限情况下。）,例,1,：,U,CC,=24V，R,L,=4,，,求：,1,）,P,E,、,P,0,、,、,P,T,？,2,）,u,i,足够大，使负载获得最大不失真输出，,计算最大,P,E,、,P,0m,、,、,P,T,？,解,:,(1),注：,此时：,U,0m,=U,CC,=24V,输出电流的幅值：,每个管子的平均电流：,解,:,(1),注：,此时：,U,0m,=U,CC,=24V,输出电流的幅值：,每个管子的平均电流：,输入功率：,效率,:,每管管耗,2,）若,u,i,=U,CC,=24V,，既,U,0m,=U,CC,=24V,管耗减小,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,输入输入波形图,u,i,u,o,u,o,u,o,交越失真,死区电压,OC,L,电路,交越失真,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,(1),静态电流,I,CQ,、,I,BQ,等于零；,(2),每管导通时间小于半个周期；,(3),存在交越失真。,特点：,OC,L,电路,2.,工作在甲乙类：,U,CC,T,1,T,2,u,i,i,e1,i,e2,U,CC,u,o,R,L,0.6V,0.6V,克服交越失真,两管均处于,微弱导通,状态,克服交越失真的措施：,R,1,D,1,D,2,R,2,静态时,:,T,1,、,T,2,两管发射结电位分别为二极管,D,1,、,D,2,的正向导通压降，致使两管均处于,微弱导通状态,；,动态时：,设,u,i,加入正弦信号。正半周,T,2,截止,，,T,1,基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周,T,1,截止，,T,2,基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,+,U,CC,-,U,SC,U,L,u,i,i,L,R,L,T,1,T,2,1),电路中增加,R,1,、,D,1,、,D,2,、,R,2,支路,u,B,1,t,U,T,t,i,B,I,BQ,波形关系：,I,CQ,i,C,u,BE,i,B,i,b,特点：,存在,较小的静态电流,I,CQ,、,I,BQ,。,每管导通时间大于半个周期，基本不失真。,i,C,Q,u,ce,U,SC,/,R,E,U,SC,I,BQ,为更换好地和,T,1,、,T,2,两发射结电位配合，克服交越失真电路中的,D,1,、,D,2,两二极管可以用,U,BE,电压倍增电路替代。,2),U,BE,电压倍增电路,B,1,B,2,+,-,B,E,R,1,R,2,U,I,B,I,合理选择,R,1,、,R,2,大小，,B,1,、,B,2,间便可得到,U,BE,任意倍数的,电压。,图中,B,1,、,B,2,分别接,T,1,、,T,2,的基极。假设,I,I,B,，则,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。,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,b,e,c,i,b,i,c,1,2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,b,e,c,i,b,i,c,复合,NPN,型,复合,PNP,型,改进后的,OCL,准互补输出功放电路：,T,1,：,电压推动级,T,2,、,R,1,、,R,2,：,U,BE,倍增电路,T,3,、,T,4,、,T,5,、,T,6,：,复合管构成的输出级,准互补,输出级中的,T,4,、,T,6,均为,NPN,型晶体管，两者特性容易对称。,+,U,SC,-,U,SC,R,1,R,2,R,L,u,i,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,U,CC,T,3,T,4,u,i,U,CC,u,o,R,L,R,3,D,2,D,1,R,2,R,1,E,U,E,=0,复合管互补对称级,电路,特点,:,1.,单电源供电；,2.,输出加有大电容。,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,CC,C,E,U,L,+,-,四、单电源互补对称电路,(OTL,电路,),1,）静态时：,u,i,=0,调正,偏，使：,无输出变压器形式,i,c,1,i,c,2,交越失真,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,CC,C,E,U,L,+,-,四、单电源互补对称电路,(OTL,电路,),1,）静态时：,u,i,=0,2,）,如,u,i,=0,u,i,0,：,u,i,0,：,T,2,通，,T,1,截止，,u,0,u,i,T,1,通，,T,2,截止，,u,0,u,i,C,的作用：,1,）交流耦合,2,）充当,-U,CC,注：每半个周期里起作用的实际,上是,1/2U,CC,，,所以前述公式（,1,）,（,4,）,中均以,1/2U,CC,代,U,CC,即可,。,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,i,c,1,i,c,2,交越失真,（,U,C,相当于电源）,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,C,的作用：,1,）交流耦合,2,）充当,-U,CC,D,1,D,2,u,i,+,U,CC,R,L,T,1,T,2,T,3,C,R,E,R,e,1,R,e,2,实用,OTL,互补输出功放电路,调节,R,使静态,U,E,=0.5U,CC,D,1,、,D,2,使,b,1,和,b,2,之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真,R,e,1,、,R,e,2,：,电阻值,12,，射极负反馈电阻，也起限流保护作用,b,1,b,2,单电源互补对称电路,(OTL,电路,),单电源互补对称电路,OTL:Output,TransformerLess,OCL:Output,CapacitorLess,互补对称功放的类型：,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）,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,CC,C,E,U,L,+,-,U,C,+,U,CC,-,U,CC,u,i,i,L,R,L,T,1,T,2,E,OTL,电路,OCL,电路,t,u,o,交越失真,u,i,t,存在交越失真,