川大学模拟电子技术第八章.ppt
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1、8 8 功率放大电路功率放大电路8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路8.4 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路*8.5 集成功率放大器集成功率放大器8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象例例1:扩音系统扩音系统功率放大器的作用:功率放大器的作用:用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级,以驱,以
2、驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。执行机构执行机构功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取例例2:温度控制温度控制R1-R3:标准电阻标准电阻Va:基准电压基准电压Rt:热敏电阻热敏电阻(负)负)A:电压放大器:电压放大器 温度调节温度调节过程过程VbvoRtT室温室温TVO1VOR1aR2Vcc+R3Rt 功功 放放b温控室温控室A+-vo1加加热热元元件件1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1)功率放大电路功率放大电路 功功率率放放大大电电路路是是一一种种以以输输出出较
3、较大大功功率率为为目目的的的的放放大大电电路路。因因此此,要要求求同同时时输输出出较较大大的的电电压和电流。压和电流。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载,带载能力要强。一般直接驱动负载,带载能力要强。#功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗?上的区别吗?上的区别吗?上的区别吗?没有,都是能量转换。(直流电源的直流电能没有,都是能量转换。(直流电源的直流电能转化为信号控制的交流电能)电压放大电路使负载得转化为信号控制的交流电能)
4、电压放大电路使负载得到尽可能大的不失真的电压信号,功率放大获得尽可到尽可能大的不失真的电压信号,功率放大获得尽可能大的不失真输出功率。能大的不失真输出功率。(2)功率放大电路的特点:)功率放大电路的特点:要求输出功率尽可能大要求输出功率尽可能大:输出信号电压和电流大,使放大管工作在极限状态,因此必须保证放大管的安使放大管工作在极限状态,因此必须保证放大管的安全工作。全工作。要求效率高要求效率高:效率效率负载得到的有用信号功率与负载得到的有用信号功率与电源提供的直流功率之比。电源提供的直流功率之比。要求非线性失真小要求非线性失真小:由于功率放大电路是大信号运由于功率放大电路是大信号运用,接近晶体
5、管的截止区和饱和区,容易产生非线用,接近晶体管的截止区和饱和区,容易产生非线性失真。性失真。可见,输出功率与非线性失真是功率放大可见,输出功率与非线性失真是功率放大电路的一对主要矛盾。电路的一对主要矛盾。功放管的散热功放管的散热:有相当大的功率消耗在管子上,引起有相当大的功率消耗在管子上,引起温升温升(3)要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护讨论对象讨论对象:大信号:大信号分析方法分析方法:图解法。图解法。(4)提高效率的途径提高效率的途径降低静态功耗,即减小静态电流。降低静态功耗,即减小静态电流。三三极极管管根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期
6、期内内的的导导通通情情况况,可可分为四个工作状态:分为四个工作状态:乙类:导通角等于乙类:导通角等于180180甲类:一个周期内均导通甲类:一个周期内均导通甲乙类:导通角大于甲乙类:导通角大于180180丙类:导通角小于丙类:导通角小于180180(5)功率放大电路的分类)功率放大电路的分类甲甲类类放放大大:三三极极管管360导导电电。输输入入信信号号在在整整个个周周期期内内都都有有电电流流流流过过放放大大器器件件。电电压压放放大大器器一一般般工工作作在在甲甲类类。其其输输出出功功率率由由功功率率三三角角形形确确定定。电电源源始始终终不不断断输输送送功功率率,在在没没有有交交流流信信号号输输入
7、入时时(也也意意味味着着没没有有交交流流信信号号输输出出),没没有有信信号号输输出出功功率率,电电源源提提供供的的功功率率全全部部消消耗耗在在管管子子(电电阻阻)上上(管管耗耗),并并转转化化为为热热量量散散发发出出去去;当当有有信信号号输输入入时时,其其中中有有一一部部分分转转化化为为有有用用的的信信号号输输出出功功率率。甲甲类类放放大大的的效效率率不不高高,理理论论上上不不超过超过50%。乙乙类类放放大大:三三极极管管180导导电电。功功率率放放大大电电路路必必须须考考虑虑效效率率问问题题。静静态态电电流流是是造造成成管管耗耗的的主主要要原原因因。为为了了降降低低静静态态时时的的工工作作电
8、电流流,三三极极管管从从甲甲类类工工作作状状态态改改为为乙乙类类工工作作状状态态。一一周周期期内内只只有有半半个个周周期期iC0。没没有有输输入入信信号号时时,信信号号输输出出功功率率为为零零,电电源源供供给给的的功功率率为为零零,管管耗耗为为零零。信信号号增增大大,电电源源供供给给的功率增大,输出功率增大。但输出出现了严重的失真。的功率增大,输出功率增大。但输出出现了严重的失真。甲甲乙乙类类放放大大:导导通通角角大大于于180。一一周周期期内内有有半半个个周周期期以以上上iC0。降低了静态工作电流。降低了静态工作电流。电压放大电路电压放大电路BJT工作在工作在甲类,乙类和甲乙类放大甲类,乙类
9、和甲乙类放大主要用于功率放大电路。主要用于功率放大电路。甲乙类和乙类放大虽降低了静态工作电流,但又产生了甲乙类和乙类放大虽降低了静态工作电流,但又产生了失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题,乙类工作状失真问题。如果不能解决乙类状态下的失真问题,乙类工作状态在功率放大电路中就不能采用。态在功率放大电路中就不能采用。推挽电路或互补对称电路推挽电路或互补对称电路较较好地解决了乙类工作状态下的失真问题。好地解决了乙类工作状态下的失真问题。丁类(丁类(D类)类)开关状态半周期:饱和导通半周期:截止(6)性能指标性能指标输出功率:效率:直流电源供给集电极和偏置电路等直流功率之和非线性失真集电极效率:
10、电源供给集电极的直流功率8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例2.功率及效率的计算功率及效率的计算1.电路结构及工作原理电路结构及工作原理 射极输出器的输射极输出器的输出电阻低,带负载能出电阻低,带负载能力强,但做功放不适力强,但做功放不适合。合。Rbvo VCCviibRE射极输出器能否做功率放大射极输出器能否做功率放大?RbvoVCCviRE射极输出器效率的估算:射极输出器效率的估算:(设设RL=RE)votvoibQicvceVCC若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降和截止区,输出压降和截止区,输出信号信号v vo o的峰值最大只的峰值最大只能为:能为:vCEv v
11、o o的取的取值范围值范围Q Qi ic cV VCCCC直流负直流负载线载线交流负交流负载线载线VCEQVCC 静态工作点:静态工作点:为得到较大的输出信号,假设将射极输出器的静态为得到较大的输出信号,假设将射极输出器的静态工作点(工作点(Q Q)设置在负载线的中部,令信号波形正负半)设置在负载线的中部,令信号波形正负半周均不失真周均不失真 ,如下图所示。,如下图所示。1.1.直流电源输出的功率直流电源输出的功率2.2.最大负载功率最大负载功率3.3.最大效率最大效率(R RL L=R RE E时时)如何解决效率低的问题?如何解决效率低的问题?办法:办法:降低降低Q点。点。既降低既降低Q点又
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