乙类互补对称功率放大电路

2009/03,模拟电路,泸州职业技术学院 电子工程系,5.1 概 述,5.2 乙类互补对称功率放大电路,5.3 甲乙类互补对称功率放大电路,*5.4 集成功率放大器,甲,乙类双电源互补对称电路,甲,乙类单电源互补对称电路,第五章 功率放大电路,2009/03,模拟电路,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,5.1 概述,功率放大,电压放大,信号提取,2009/03,模拟电路,一.功放电路的特点,（2）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:,I,CM,、,U,CEM,、,P,CM,。,I,CM,P,CM,U,CEM,（1）,输出功率,Po尽可能大,I,c,u,ce,2009/03,模拟电路,(3)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，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（,）。,P,o,:,负载上得到的交流信号功率。,P,E,：电源提供的直流功率。,（5）功放管散热和保护问题,2009/03,模拟电路,二.甲类功率放大器分析,1.三极管的静态功耗：,若,电源提供的平均功耗：,则,I,c,u,ce,Q,u,ce,Q,I,c,Q,2009/03,模拟电路,2.动态功耗,（当输入信号,U,i,时）,输出功率:,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。,最大输出功率:,M,N,U,om,I,om,功率三角形,i,C,u,CE,Q,U,CE,Q,I,C,Q,V,CC,2009/03,模拟电路,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小,静态功率大，效率低,2009/03,模拟电路,三.BJT的几种工作状态,甲类：,Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。,甲乙类：,介于两者之间，导通角大于180,i,C,u,CE,Q,1,U,CE,Q,I,C,Q,V,CC,i,C,u,CE,Q,3,I,C,Q,V,CC,乙类：,静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。,i,C,u,CE,Q,2,I,C,Q,V,CC,2009/03,模拟电路,一.结构,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。组成互补对称式射极输出器。,5.2 乙类互补对称功率放大电路,2009/03,模拟电路,二、工作原理,（设,u,i,为正弦波）,i,c,1,i,c,2,静态时：,u,i,=0V,i,c,1,、,i,c,2,均=0（乙类工作状态）,u,o,=0V,动态时：,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,;,i,L,=,i,c,2,T,1,、,T,2,两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。,2009/03,模拟电路,输入输出波形图,u,i,u,o,u,o,u,o,交越失真,死区电压,2009/03,模拟电路,组合特性分析图解法,负载上的最大不失真电压为,U,om,=,V,CC,-,U,CES,i,C1,u,CE,i,C2,Q,V,CC,U,CES,U,CES,U,om,2009/03,模拟电路,最大不失真输出功率,P,omax,1.输出功率,P,o,三、分析计算,2009/03,模拟电路,一个管子的管耗,2.管耗,P,T,两管管耗,2009/03,模拟电路,3.电源供给的功率,P,E,当,4.效率,最高效率,max,2009/03,模拟电路,四三极管的最大管耗,问：U,om,=？,P,T1,最大,P,T1max,=？,用,P,T1,对,U,om,求导，并令导数=0，得出：,P,T1max,发生在,U,om,=0.64,V,CC,处。,将,U,om,=0.64,V,CC,代入,P,T1,表达式,：,2009/03,模拟电路,选功率管的原则：,1.,P,CM,P,T1max,=0.2P,oM,2,2009/03,模拟电路,t,u,o,交越失真,u,i,t,存在交越失真,乙类互补对称功放的缺点,2009/03,模拟电路,静态时:,T,1,、,T,2,两管发射结电压分别为二极管,D,1,、,D,2,的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态,甲乙类工作状态,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。,电路中增加,R,1,、,D,1,、,D,2,、,R,2,支路,1.基本原理,5.3 甲乙类互补对称功率放大电路,一.甲乙类双电源互补对称电路,2009/03,模拟电路,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,V,CC,/,R,e,V,CC,I,BQ,2009/03,模拟电路,2.带前置放大级的功率放大器,（,甲乙类互补对称电路的计算同乙类,）,2009/03,模拟电路,3.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。,1,2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,2009/03,模拟电路,4.带复合管的OCL互补输出功放电路：,T,1,：,电压推动级（前置级）,T,2,、,R,1,、,R,2,：,U,BE,扩大电路,T,3,、,T,4,、,T,5,、,T,6,：,复合管构成互补对称功放,输出级中的,T,4,、,T,6,均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,合理选择,R,1,、,R,2,，,b,3,、,b,5,间可得到,U,BE2,任意倍的电压。,2009/03,模拟电路,1、基本原理,.单电源供电；,.输出加有大电容。,（1）静态偏置,二.甲乙类单电源互补对称电路,调整,R,W,阻值的大小，可使,此时电容上电压,2009/03,模拟电路,（2）动态分析,（电容起到了负电源的作用）,U,i,负半周时，,T,1,导通、T,2,截止；,U,i,正半周时，,T,1,截止、T,2,导通。,2009/03,模拟电路,（3）输出功率及效率,若忽略交越失真的影响。则：,此电路存在的问题：,输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到V,CC,/2。,2009/03,模拟电路,2.带自举电路的单电源功放,静态时,C,1,充电后，其两端有一固定电压,动态时,由于,C,1,很大，两端电压基本不变，使,C,1,上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到V,CC,/2。,C,1、,R,7,为自举电路,2009/03,模拟电路,3.,带运放前置放大级的功率放大电路,运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压,串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：,2009/03,模拟电路,总结：互补对称功放的类型,互补对称功放的类型,双电源电路,又称,OCL电路,（无输出电容）,单电源电路,又称,OTL电路,（无输出变压器）,2009/03,模拟电路,5.4 集成功率放大器,集成功放DG4100的外部接线图：,2009/03,模拟电路,1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。,2为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。,3互补对称功率放大器的几种主要结构：,OCL（双电源）乙类、甲乙类。,OTL（单电源）乙类、甲乙类。,4随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。,本章小结,2009/03,模拟电路,