《功率輸出級(jí)電路》PPT課件

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1、4.4 功率輸出級(jí)電路,,,什么是功率放大電路：能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路，簡(jiǎn)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(bǔ)推挽功率放大器,三、 MOS輸出級(jí)電路,一、 功率放大器的特點(diǎn)、指標(biāo)和分類,四、 達(dá)林頓組態(tài)（復(fù)合管）,一、功率放大器的特點(diǎn)、指標(biāo)和分類,1.功放的任務(wù)及主要研究對(duì)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(hào)放大器，

2、以獲得電壓增益為主，主要研究對(duì)象是電壓增益、輸入輸出電阻等。,功率放大器：,為大信號(hào)放大器，以獲得功率增益為主，主要研究的對(duì)象是輸出功率、效率和失真等問題。,2. 功放的主要特點(diǎn), 根據(jù)負(fù)載要求，提供所需的輸出功率。, 一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。, 管子工作在接近極限狀態(tài)。, 工作于大信號(hào)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(hù).,3.功放的主要技術(shù)指標(biāo)：,最大輸出功率POmax:, 轉(zhuǎn)換效率:,功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)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(dá)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(fù)載上可能獲得的最大交流功率。,功放的輸出功率即負(fù)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(hào)的整個(gè)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(gè)周期都導(dǎo)通，導(dǎo)通角=360；,大于半個(gè)周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角180<<360；,小于半個(gè)周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角<180。,只有半個(gè)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(shí)，輸出信號(hào)有嚴(yán)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(bǔ)推挽功放電路。,,互補(bǔ)推挽功率放大電路電路：（互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路）,互補(bǔ)推挽功率放大電路是當(dāng)前最常用的功放電路形式。,互補(bǔ)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(jí)。,OCL電路,OTL電路,,二、OCL互補(bǔ)推挽乙類功率放大器,1. 電路組成,單管組成射級(jí)

5、輸出器。,靜態(tài)時(shí)，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(gè)三極管在信號(hào)的正、負(fù)半 周輪流導(dǎo)通，使負(fù)載得到一個(gè) 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(shí)，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(shí)，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(shí)，兩管輪流進(jìn)入飽和區(qū)，輸出電壓會(huì)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(shí)提供一個(gè)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(kuò)大偏置電路,5. OCL乙類互補(bǔ)推挽功率放大器的分析估算,靜態(tài)分析：,0,5. OCL乙類互補(bǔ)推挽功率放大器的分析估算,動(dòng)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(bǔ)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(bǔ)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(shí)際中應(yīng)留有一定裕量,（2）反向擊穿電壓BUCEO ：,當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只截止的管子承受最大反向電壓:,實(shí)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(shí)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(duì)UOm求導(dǎo)，并令其為0，

8、可得,將UOm代入PT1的表達(dá)式，可得,,乙類,以上計(jì)算公式同樣適用于甲乙類互補(bǔ)推挽功率放大器。,歸納：OCL互補(bǔ)推挽功率放大器的指標(biāo)估算式：,靜態(tài)時(shí)，K點(diǎn)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(hào)輸入時(shí)，可認(rèn)為其上的電壓保持不變，即相當(dāng)于一個(gè)電壓為EC/2的恒壓源。,K,ui負(fù)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(shí)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(lái)計(jì)算，但要注意電源電壓應(yīng)以“EC/2”代入

9、。,電路的性能指標(biāo)：,三、OTL互補(bǔ)推挽功放,OTL、OCL互補(bǔ)對(duì)稱功放的比較,四、達(dá)林頓組態(tài)（復(fù)合管）,達(dá)林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，組成一只等效的新的三極管。這個(gè)等效三極管的放大倍數(shù)是二者之積。達(dá)林頓組態(tài)常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。,1. 達(dá)林頓組態(tài)的四種連接方式：,同型NPN達(dá)林頓組態(tài),異型NPN達(dá)林頓組態(tài),,,同型PNP達(dá)林頓組態(tài),異型PNP達(dá)林頓組態(tài),,達(dá)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(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電流實(shí)際方向一致。,要求外部電極

10、連接的節(jié)點(diǎn)處，外電流必須為兩個(gè)電極電流之和，即后級(jí)管子的發(fā)射極必須單獨(dú)接出。,復(fù)合管的管型與前一級(jí)三極管相同。,,,,,,,,,例題：分析以下的接法是否正確？,b,e,c,錯(cuò)誤,錯(cuò)誤,正確（NPN）,正確（NPN）,b,c,e,實(shí)際的功率放大器（1）,OTL互補(bǔ)推挽音頻功率放大器,,,,OCL高保真準(zhǔn)互補(bǔ)推挽功率放大器,,,,,,實(shí)際的功率放大器（2）,,生產(chǎn)廠家：美國(guó)半導(dǎo)體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8負(fù)載上可得到5W功率,集成功率放大器LM384:,特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)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(fù)載）,1 -- 接旁路電容（5 ）,9、13 -- 空腳（NC）,,生產(chǎn)廠家：美國(guó)半導(dǎo)體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8負(fù)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(jìn)行相位補(bǔ)償,輸入信號(hào),輸出耦合大電容,特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。,第三章小結(jié),一、電流源電路,二、差動(dòng)放大電路（重點(diǎn)）,差放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；,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(hào)、共模信號(hào)、任模信號(hào)的概念；,工作原理；,三、功率輸出級(jí)電路（重點(diǎn)）,功放的一般特點(diǎn)；,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(diǎn)由恒流源入手。,,五、有源負(fù)載差動(dòng)放大器,,(當(dāng)|uid|