《模拟电路》第4章：功率电子电路.ppt

4 1概述 4 2乙类互补对称功率放大电路 4 3甲乙类互补对称功率放大电路 4 4集成功率放大器 第四章功率电子电路 甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路 例 扩音系统 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 4 1概述 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 ICM UCEM PCM 1 输出功率Po尽可能大 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 Po 负载上得到的交流信号功率 PE 电源提供的直流功率 5 功放管散热和保护问题 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 2 动态功耗 当输入信号Ui时 输出功率 要想PO大 就要使功率三角形的面积大 即必须使Vom和Iom都要大 最大输出功率 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 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 动画演示 乙类 静态电流为0 BJT只在正弦信号的半个周期内均导通 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 4 2乙类互补对称功率放大电路 二 工作原理 设ui为正弦波 静态时 ui 0V ic1 ic2均 0 乙类工作状态 uo 0V 动态时 ui 0V T1截止 T2导通 ui 0V T1导通 T2截止 iL ic1 iL ic2 T1 T2两个管子交替工作 在负载上得到完整的正弦波 输入输出波形图 死区电压 组合特性分析 图解法 负载上的最大不失真电压为Uom VCC UCES 最大不失真输出功率Pomax 1 输出功率Po 三 分析计算 动画演示 一个管子的管耗 2 管耗PT 两管管耗 3 电源供给的功率PE 当 4 效率 最高效率 max 四 三极管的最大管耗 问 Uom PT1最大 PT1max 用PT1对Uom求导 并令导数 0 得出 PT1max发生在Uom 0 64VCC处 将Uom 0 64VCC代入PT1表达式 选功率管的原则 1 PCM PT1max 0 2PoM 2 存在交越失真 乙类互补对称功放的缺点 静态时 T1 T2两管发射结电压分别为二极管D1 D2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ui加入正弦信号 正半周T2截止 T1基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 负半周T1截止 T2基极电位进一步降低 进入良好的导通状态 电路中增加R1 D1 D2 R2支路 1 基本原理 4 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 波形关系 特点 存在较小的静态电流ICQ IBQ 每管导通时间大于半个周期 基本不失真 EWB演示 功放的交越失真 2 带前置放大级的功率放大器 动画演示 甲乙类互补对称电路的计算同乙类 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 4 带复合管的OCL互补输出功放电路 T1 电压推动级 前置级 T2 R1 R2 UBE扩大电路 T3 T4 T5 T6 复合管构成互补对称功放 输出级中的T4 T6均为NPN型晶体管 两者特性容易对称 合理选择R1 R2 b3 b5间可得到UBE2任意倍的电压 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RW阻值的大小 可使 此时电容上电压 2 动态分析 电容起到了负电源的作用 Ui负半周时 T1导通 T2截止 Ui正半周时 T1截止 T2导通 动画演示 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VCC 2 2 带自举电路的单电源功放 静态时 C1充电后 其两端有一固定电压 动态时 由于C1很大 两端电压基本不变 使C1上端电位随输出电压升高而升高 保证输出幅度达到VCC 2 C1 R7为自举电路 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 总结 互补对称功放的类型 4 4集成功率放大器 集成功率放大器DG4100简介 集成功放DG4100的外部接线图 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