第四章 功率电子电路 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

Presentation on theme: "第四章 功率电子电路 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"— Presentation transcript:

1 第四章 功率电子电路 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
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 甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路 *4.4 集成功率放大器

2 4.1 概述 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 例： 扩音系统 实际负载 功率放大 电压放大 信号提取

3 一. 功放电路的特点 Ic ICM PCM uce UCEM （1）输出功率Po尽可能大
一. 功放电路的特点 （1）输出功率Po尽可能大 （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 。 Ic uce UCEM ICM PCM

4 (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

5 二. 甲类功率放大器分析 Ic uce Q uceQ IcQ 1.三极管的静态功耗： 电源提供的平均功耗： 则 若

6 2.动态功耗 iC M Q ICQ N uCE （当输入信号Ui时） 功率三角形 输出功率: VCC Iom
UCEQ ICQ VCC M N Iom 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。 Uom 最大输出功率:

7 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

8 三. BJT的几种工作状态 动画演示 iC uCE iC iC uCE uCE 甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。
ICQ VCC 乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。 甲乙类：介于两者之间，导通角大于180° iC uCE iC uCE Q3 ICQ VCC Q2 ICQ VCC

9 4.2 乙类互补对称功率放大电路 一. 结构 互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；
4.2 乙类互补对称功率放大电路 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。

10 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 ic1 动态时：
T1导通，T2截止 ic2 iL= ic1 ; ui  0V T1截止，T2导通 iL=ic2 T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。

11 输入输出波形图 ui uo uo ´ 死区电压 交越失真

12 组合特性分析——图解法 iC1 uCE UCES Q VCC iC2 Uom 负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCES

13 三、分析计算 1.输出功率Po 最大不失真输出功率Pomax 动画演示

14 2.管耗PT 一个管子的管耗 两管管耗

15 3.电源供给的功率PE 当 4.效率 最高效率max

16 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：

17 选功率管的原则： 1. PCM PT1max =0.2PoM 2．

18 乙类互补对称功放的缺点 存在交越失真  t uo 交越失真 ui

19 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 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 1.基本原理 电路中增加 R1、D1、D2、R2支路 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。

20 uBE iB t iB IBQ uB1 t Q IBQ iC ib ICQ
波形关系： EWB演示——功放的交越失真 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。 uBE iB t iB UT IBQ uB1 t iC Q uce VCC /Re VCC IBQ iC ib ICQ

21 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）

22 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
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。 复合PNP型 复合NPN型   1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。

23 合理选择R1、R2，b3、b5间可得到 UBE2 任意倍的电压。
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 合理选择R1、R2，b3、b5间可得到 UBE2 任意倍的电压。 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。

24 二. 甲乙类单电源互补对称电路 1、基本原理 . 单电源供电； . 输出加有大电容。 （1）静态偏置 调整RW阻值的大小，可使
二. 甲乙类单电源互补对称电路 1、基本原理 . 单电源供电； . 输出加有大电容。 （1）静态偏置 调整RW阻值的大小，可使 此时电容上电压

25 （2）动态分析 Ui负半周时， T1导通、T2截止； Ui正半周时， T1截止、T2导通。 （电容起到了负电源的作用） 动画演示

26 （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。

27 2. 带自举电路的单电源功放 C1、R7为自举电路 静态时 动态时 C1充电后，其两端有一固定电压
2. 带自举电路的单电源功放 C1、R7为自举电路 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。

28 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：

29 总结：互补对称功放的类型 互补对称功放的类型 双电源电路 又称OCL电路 （无输出电容） 单电源电路 又称OTL电路 （无输出变压器）

30 4.4 集成功率放大器 集成功率放大器DG4100简介：

31 集成功放DG4100的外部接线图：

32 本章小结 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 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。