《模擬電路》第4章：功率電子電路.ppt

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4 1概述 4 2乙類互補對稱功率放大電路 4 3甲乙類互補對稱功率放大電路 4 4集成功率放大器 第四章功率電子電路 甲乙類雙電源互補對稱電路 甲乙類單電源互補對稱電路 例 擴音系統(tǒng) 什么是功率放大器 在電子系統(tǒng)中 模擬信號被放大后 往往要去推動一個實際的負載 如使揚聲器發(fā)聲 繼電器動作 儀表指針偏轉(zhuǎn)等 推動一個實際負載需要的功率很大 能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器 4 1概述 一 功放電路的特點 2 功放電路中電流 電壓要求都比較大 必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值 ICM UCEM PCM 1 輸出功率Po盡可能大 3 電流 電壓信號比較大 必須注意防止波形失真 4 電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負載 盡量減少晶體管及線路上的損失 即注意提高電路的效率 Po 負載上得到的交流信號功率 PE 電源提供的直流功率 5 功放管散熱和保護問題 二 甲類功率放大器分析 1 三極管的靜態(tài)功耗 若 電源提供的平均功耗 則 2 動態(tài)功耗 當輸入信號Ui時 輸出功率 要想PO大 就要使功率三角形的面積大 即必須使Vom和Iom都要大 最大輸出功率 電源提供的功率 此電路的最高效率 甲類功率放大器存在的缺點 輸出功率小靜態(tài)功率大 效率低 三 BJT的幾種工作狀態(tài) 甲類 Q點適中 在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT 甲乙類 介于兩者之間 導(dǎo)通角大于180 動畫演示 乙類 靜態(tài)電流為0 BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通 一 結(jié)構(gòu) 互補對稱 電路中采用兩個晶體管 NPN PNP各一支 兩管特性一致 組成互補對稱式射極輸出器 4 2乙類互補對稱功率放大電路 二 工作原理 設(shè)ui為正弦波 靜態(tài)時 ui 0V ic1 ic2均 0 乙類工作狀態(tài) uo 0V 動態(tài)時 ui 0V T1截止 T2導(dǎo)通 ui 0V T1導(dǎo)通 T2截止 iL ic1 iL ic2 T1 T2兩個管子交替工作 在負載上得到完整的正弦波 輸入輸出波形圖 死區(qū)電壓 組合特性分析 圖解法 負載上的最大不失真電壓為Uom VCC UCES 最大不失真輸出功率Pomax 1 輸出功率Po 三 分析計算 動畫演示 一個管子的管耗 2 管耗PT 兩管管耗 3 電源供給的功率PE 當 4 效率 最高效率 max 四 三極管的最大管耗 問 Uom PT1最大 PT1max 用PT1對Uom求導(dǎo) 并令導(dǎo)數(shù) 0 得出 PT1max發(fā)生在Uom 0 64VCC處 將Uom 0 64VCC代入PT1表達式 選功率管的原則 1 PCM PT1max 0 2PoM 2 存在交越失真 乙類互補對稱功放的缺點 靜態(tài)時 T1 T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1 D2的正向?qū)▔航?致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài) 甲乙類工作狀態(tài) 動態(tài)時 設(shè)ui加入正弦信號 正半周T2截止 T1基極電位進一步提高 進入良好的導(dǎo)通狀態(tài) 負半周T1截止 T2基極電位進一步降低 進入良好的導(dǎo)通狀態(tài) 電路中增加R1 D1 D2 R2支路 1 基本原理 4 3甲乙類互補對稱功率放大電路 一 甲乙類雙電源互補對稱電路 波形關(guān)系 特點 存在較小的靜態(tài)電流ICQ IBQ 每管導(dǎo)通時間大于半個周期 基本不失真 EWB演示 功放的交越失真 2 帶前置放大級的功率放大器 動畫演示 甲乙類互補對稱電路的計算同乙類 3 電路中增加復(fù)合管 增加復(fù)合管的目的 擴大電流的驅(qū)動能力 1 2 晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定 復(fù)合NPN型 復(fù)合PNP型 4 帶復(fù)合管的OCL互補輸出功放電路 T1 電壓推動級 前置級 T2 R1 R2 UBE擴大電路 T3 T4 T5 T6 復(fù)合管構(gòu)成互補對稱功放 輸出級中的T4 T6均為NPN型晶體管 兩者特性容易對稱 合理選擇R1 R2 b3 b5間可得到UBE2任意倍的電壓 1 基本原理 單電源供電 輸出加有大電容 1 靜態(tài)偏置 二 甲乙類單電源互補對稱電路 調(diào)整RW阻值的大小 可使 此時電容上電壓 2 動態(tài)分析 電容起到了負電源的作用 Ui負半周時 T1導(dǎo)通 T2截止 Ui正半周時 T1截止 T2導(dǎo)通 動畫演示 3 輸出功率及效率 若忽略交越失真的影響 則 此電路存在的問題 輸出電壓正方向變化的幅度受到限制 達不到VCC 2 2 帶自舉電路的單電源功放 靜態(tài)時 C1充電后 其兩端有一固定電壓 動態(tài)時 由于C1很大 兩端電壓基本不變 使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高 保證輸出幅度達到VCC 2 C1 R7為自舉電路 3 帶運放前置放大級的功率放大電路 運放A接成同相輸入方式作前置放大級 引入了電壓串聯(lián)負反饋 整個電路的電壓放大倍數(shù) 總結(jié) 互補對稱功放的類型 4 4集成功率放大器 集成功率放大器DG4100簡介 集成功放DG4100的外部接線圖 1 功率放大器的特點 工作在大信號狀態(tài)下 輸出電壓和輸出電流都很大 要求在允許的失真條件下 盡可能提高輸出功率和效率 2 為了提高效率 在功率放大器中 BJT常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下 并用互補對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真 這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達到78 5 3 互補對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu) OCL 雙電源 乙類甲乙類 OTL 單電源 乙類甲乙類 4 隨著半導(dǎo)體工藝 技術(shù)的不斷發(fā)展 輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用 功率VMOS管的出現(xiàn) 也給功率放大器的發(fā)展帶來了新的生機 本章小結(jié)