《功率輸出級電路》PPT課件

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1、4.4 功率輸出級電路,,,什么是功率放大電路：能夠向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。,功率放大電路與其他放大電路的區(qū)別：從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度看，功率放大電路與其他放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別，只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。,二、 OCL、OTL互補推挽功率放大器,三、 MOS輸出級電路,一、 功率放大器的特點、指標和分類,四、 達林頓組態(tài)（復(fù)合管）,一、功率放大器的特點、指標和分類,1.功放的任務(wù)及主要研究對象,功放與電壓放大器的任務(wù)不同：,電壓放大器：,電壓放大器為小信號放大器，

2、以獲得電壓增益為主，主要研究對象是電壓增益、輸入輸出電阻等。,功率放大器：,為大信號放大器，以獲得功率增益為主，主要研究的對象是輸出功率、效率和失真等問題。,2. 功放的主要特點, 根據(jù)負載要求，提供所需的輸出功率。, 一般直接驅(qū)動負載，帶載能力要強。, 管子工作在接近極限狀態(tài)。, 工作于大信號狀態(tài)，屬于非線性電路，常用圖解法分析。,要解決的主要問題：,提高效率;,減小失真;,管子的保護.,3.功放的主要技術(shù)指標：,最大輸出功率POmax:, 轉(zhuǎn)換效率:,功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。,在輸入為正弦波且輸出基本不失真的條件下，輸出功率是交流功率，表達式為PO=IOUO。最大輸出

3、功率是在電路參數(shù)確定的情況下，負載上可能獲得的最大交流功率。,功放的輸出功率即負載吸收的功率都是由直流電源提供的，希望電源提供的功率盡可能地轉(zhuǎn)換為交流輸出功率，而其他各種耗散功率應(yīng)盡可能的少。因此定義功放的轉(zhuǎn)換效率為：,4.功放工作狀態(tài)的分類：（P117）,根據(jù)正弦輸入信號的整個周期內(nèi)功放管的導(dǎo)通情況，可分為：,乙 類（B類） ：,甲 類（A類）：,甲乙類（AB類） ：,丙 類（C類） ：,,,,,整個周期都導(dǎo)通，導(dǎo)通角=360；,大于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角180<<360；,小于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角<180。,只有半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角=180；,甲 類,甲 乙 類,丙 類,乙 類,甲類,乙類,

4、甲乙類,丙類,,5.甲類放大器的轉(zhuǎn)換效率：,甲類放大器的效率極低，最大只有25。,6.功放提高效率的主要途徑：,靜態(tài)電流大是造成效率低的主要原因。,提高效率的有效方法是：,但是電路工作在乙類或甲乙類狀態(tài)時，輸出信號有嚴重的失真。,主要矛盾：效率和失真,解決方法：,減小靜態(tài)電流，使電路工作在乙類或甲乙類狀態(tài)。,采用互補推挽功放電路。,,互補推挽功率放大電路電路：（互補對稱功率放大電路）,互補推挽功率放大電路是當前最常用的功放電路形式。,互補推挽功率放大電路的主要形式：,常用于分立器件功放和集成電路的功放級。,OCL電路,OTL電路,,二、OCL互補推挽乙類功率放大器,1. 電路組成,單管組成射級

5、輸出器。,靜態(tài)時，V1、V2截止，,IE1=IE20，IRL=0，,UE=0，,輸出電壓uO=0。,0V,2.工作原理：,UCE1=EC,UCE2=-EE;,兩個三極管在信號的正、負半 周輪流導(dǎo)通，使負載得到一個 完整的波形。,,,,,,,忽略BJT輸入特性的死區(qū)電壓，,,3.電壓傳輸特性和失真,死區(qū),跟隨區(qū),跟隨區(qū),飽和區(qū),飽和區(qū),-EC,EC,（1）死區(qū)與交越失真：,因BJT存在死區(qū)，在|ui|<0.5V時，兩管均截止，iO=0,uO=0 ,出現(xiàn)“交越失真 ”。,（2）跟隨區(qū)：,|ui|在0.7V EC范圍內(nèi)時，兩管輪流導(dǎo)通，輸出電壓uOui 。,（3）飽和區(qū)與飽和失真：,|ui|EC

6、時，兩管輪流進入飽和區(qū)，輸出電壓會產(chǎn)生飽和失真。,4.克服交越失真的方法,在兩管的基極間增加偏置電路，為兩管在靜態(tài)時提供一個初始的偏置電壓，使其工作在甲乙類工作狀態(tài)，從而減小交越失真。,,二極管偏置電路,,UBE擴大偏置電路,5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算,靜態(tài)分析：,0,5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算,動態(tài)分析：,求解最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率,電源的平均功率PE:,電路的轉(zhuǎn)換效率:,在已知RL的情況下，先求最大輸出電壓的幅值UOm(max),求解輸出功率和效率的方法：,最大輸出功率:,,5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算,最大輸出電壓的幅值UOm(max)

7、和最大輸出功率POm(max),最大不失真輸出功率：,ECUCES,5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算,,電源的平均功率PE:,電路的轉(zhuǎn)換效率:,最大轉(zhuǎn)換效率max:,理想情況下,6. 晶體管的極限參數(shù):,ICM 、 BUCEO、 PCM,（1）集電極最大允許電流ICM ：,實際中應(yīng)留有一定裕量,（2）反向擊穿電壓BUCEO ：,當一只管子飽和導(dǎo)通時，另一只截止的管子承受最大反向電壓:,實際中應(yīng)留有一定裕量,（3）集電極最大允許功耗PCM：,PCM取決于單管的最大平均管耗PT1max：,什么時候管子的平均管耗最大呢？,管子功耗與輸出電壓幅值的關(guān)系為:,PT1對UOm求導(dǎo)，并令其為0，

8、可得,將UOm代入PT1的表達式，可得,,乙類,以上計算公式同樣適用于甲乙類互補推挽功率放大器。,歸納：OCL互補推挽功率放大器的指標估算式：,靜態(tài)時，K點電位被調(diào)至EC/2，,電容被 充電到EC/2。,若電容足夠大，則在有信號輸入時，可認為其上的電壓保持不變，即相當于一個電壓為EC/2的恒壓源。,K,ui負半周，V2導(dǎo)通，而V3截止，V2集電極回路的直流電源電壓為EC/2。,ui正半周，V3導(dǎo)通，而V2截止，V3導(dǎo)電時依靠電容上的電壓供電，V3集電極回路的直流電源電壓為-EC/2。,,甲乙類,,,,OTL電路的功率、管耗、效率都可用OCL電路的公式來計算，但要注意電源電壓應(yīng)以“EC/2”代入

9、。,電路的性能指標：,三、OTL互補推挽功放,OTL、OCL互補對稱功放的比較,四、達林頓組態(tài)（復(fù)合管）,達林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當?shù)倪B接在一起，組成一只等效的新的三極管。這個等效三極管的放大倍數(shù)是二者之積。達林頓組態(tài)常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。,1. 達林頓組態(tài)的四種連接方式：,同型NPN達林頓組態(tài),異型NPN達林頓組態(tài),,,同型PNP達林頓組態(tài),異型PNP達林頓組態(tài),,達林頓電路有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN,2、組成復(fù)合管的要求：, 在三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流實際方向一致。,要求外部電極

10、連接的節(jié)點處，外電流必須為兩個電極電流之和，即后級管子的發(fā)射極必須單獨接出。,復(fù)合管的管型與前一級三極管相同。,,,,,,,,,例題：分析以下的接法是否正確？,b,e,c,錯誤,錯誤,正確（NPN）,正確（NPN）,b,c,e,實際的功率放大器（1）,OTL互補推挽音頻功率放大器,,,,OCL高保真準互補推挽功率放大器,,,,,,實際的功率放大器（2）,,生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8負載上可得到5W功率,集成功率放大器LM384:,特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當連線，即可向負載提供一定的功率。,引腳說明：,14 -- 電源端（ Vcc）,3、4、5

11、、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 -- 接地端（GND）,2、6 -- 輸入端（一般2腳接地）,8 -- 輸出端（經(jīng)500 電容接負載）,1 -- 接旁路電容（5 ）,9、13 -- 空腳（NC）,,生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8負載上可得到5W功率,集成功率放大器LM384,調(diào)節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁路電容提高增益,校正網(wǎng)絡(luò)，進行相位補償,輸入信號,輸出耦合大電容,特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當連線，即可向負載提供一定的功率。,第三章小結(jié),一、電流源電路,二、差動放大電路（重點）,差放的結(jié)構(gòu)特點；,不同的輸入輸出方式下差模輸出電

12、壓的估算。,Aud、 AuC 、KCMR 、 Rid、 ROd 的定義和估算；,差摸信號、共模信號、任模信號的概念；,工作原理；,三、功率輸出級電路（重點）,功放的一般特點；,交越失真的概念；,掌握OTL、OCL功放POmax、 max、 PT1max等的估算。,四、復(fù)合管,組成復(fù)合管的要求；,復(fù)合管的參數(shù)及管型的確定。,,,雙曲正切函數(shù)：,例：求T1、T2的集電極靜態(tài)電流,,求電路的靜態(tài)工作點由恒流源入手。,,五、有源負載差動放大器,,(當|uid|