模拟电子电路及技术基础笫九章.ppt

9 1 1功率放大器的特点及工作状态分类 二 特点 1 大信号工作 2 分析方法以图解法为主 3 非线性失真矛盾突出 4 提高效率成为重要的关注点 5 功率器件的安全问题必须考虑 过压 过流 散热等 一 功能 不失真的传给负载足够大的功率 二 工作状态分类根据直流工作点的位置不同 放大器的工作状态可分为A类 甲类 B类 乙类 C类 丙类 等 A类 甲类 工作点Q较高 ICQ大 信号360 内 管子均导通 通角 180 B类 乙类 工作点Q选在截止点 管子只有半周导通 另外半周截止 通角 90 C类 丙类 工作点Q选在截止点面 信号导通角小于180 通角 90 AB类 分析结果表明 A类工作时非线性失真虽小 但效率太低 且没有收到信号时 电源仍供给功率 ICQ 0 这些功率将转化为无用的管耗 B类工作时非线性失真虽大 波形只有半周 但效率却很高 只要我们在电路结构上加以弥补 非线性失真是可以减小的 所以 在功率放大器中大多采用B类工作 C类工作主要用于高频功率放大器中 这里不予讨论 9 2互补跟随乙类 B类 功率放大器 一 双电源互补跟随乙类功率放大器 OCL电路 OTL OutputTransformerLessOCL OutputCapacitorLess 1 电路 图9 2 1互补跟随乙类功率放大器 OTL电路 1 输出交流功率PL 令称之为电压利用系数 那么式可改写为 信号越大 Uo增大 电压利用率也增大 若忽略集电极饱和电压 则最大 1 故最大输出功率PLm为 V1 V2为半周工作 但负载电流却是完整的正弦波 2 电源提供的功率 当信号最大时 Uom UCC 电源输出最大功率 当信号为零时 工作点接近于截止点 ICQ 0 电源不提供功率 而随着信号的增大 iC1增大 电源提供的功率也将随之增大 这点与A类功放有本质的差别 PE UCC iC1的直流分量 UEE iC2的直流分量 3 每管转换能量的效率 当信号最大 1时 效率达到最高 一般 50 60 4 每个管子损耗PC 可见 每个管子的损耗PC是输出信号振幅的函数 将PC对Uo求导 可得出最大管耗PCm 令 得出 当时 每管的损耗最大 那么 我们可以得出一个重要结论 即PCm与最大输出功率的关系为 该式提供了选择功率管功耗的依据 例如 负载要求的最大功率PLm 10W 那么只要选一个功耗PCm大于0 2PLm 2W的功率管就行了 3 选择功率管 2 已知PLm 选择管子允许的最大功耗PCM 管子允许的最大功耗 为保证晶体功率管的安全和输出功率的要求 电源及输出功率管参数的选择原则如下 1 已知PLm及RL 选UCC 则 3 管子的击穿电压U BR CEO 4 管子允许的最大电流ICM 当信号最大时 一管趋于饱和 而另一管趋于截止 截止管承受的最大反压为UCC UEE 2UCC 所以 二 单电源互补跟随乙类功率放大器 DC V1导通 V2截止时 V1给负载RL提供电流 当V1截止 V2导通时 电容C充当V2的电源 只要C足够大 在信号变化一周内 电容电压可以保持基本恒定UCC 2 负载得到的交流电压振幅的最大值为 故 该电路负载得到的最大交流功率PLm为 为保证功率放大器良好的低频响应 电容C必须满足 fL为放大器下限频率 三 复合管及准互补乙类功率放大器 OCL电路 在功率放大器中 输出功率大 输出电流也大 如要求输出功率PLm 10W 负载电阻为10 那么 功率管的电流峰值ICm 1 414A 若功率管的 30 则要求基极驱动电流IBm 41 1mA 前级晶体管放大器或运算放大器 若输不出这样大的电流来驱动后级功率管 则需要引入复合管 复合管又称达林顿电路 复合管的总 值为 等效 值的增大 意味着前级供给的电流可以减少 组成复合管的原则有以下几点 1 电流流向要一致 2 各极电压必须保证所有管子工作在放大区 即保证e结正偏 c结反偏 3 因为复合管的基极电流iB等于第一个管子的iB1 所以复合管的性质取决于第一个晶体管的性质 若第一个管子为PNP 则复合管也为PNP 反之为NPN 正确的复合管连接方式有四种 如图9 6所示 复合管的构成 复合管功率放大器 NPN与NPN构成NPN PNP与NPN构成PNP 9 3D类功率放大器 单片集成功率放大器一一LM386 散热器及热阻模型 二次击穿现象一一不可逆的损坏 晶体管安全工作区 大功率VMOS管 简化的差动放大器 公式推导 可见 差动放大器线性动态范围很小超过 电路进入限幅状态 产生严重的非线性失真 i C1 i C2 I 0 u id 传输特性 关于放大倍数的讨论 可见 增益AU正比于恒流源电流I 那么 改变I就可以控制增益 如果使I受到另外一个信号ub的控制 那么就可以实现信号的相乘 即 扩大线性动态范围的方法 加射极负反馈电阻 结论 利用差分放大器的传输特性可以实现 增益的自动控制 小信号的线性放大 信号的相乘运算 信号的变换 将三角波变成正弦波 方波 信号的整形 将不规则的输入波形整形为矩形波 高速电流开关一一ECL逻辑电路 电压比较器