模拟电子技术基础课件(康华光)第八章

乙类互补功放电路的管耗
2
2VCCVom Vom PT = PV − Po = − πRL 2 RL
显然，管耗与输出幅度有关，图5.2.2中画阴影 线的部分即代表管耗，PT与Vom成非线性关系，有 一个最大值。可用PT对Vom求导的办法找出这个最 大 值 。 PTmax 发 生 在 Vom=0.64VCC 处 ， 将 Vom=0.64VCC代入PT表达式，可得PTmax为
VCC Rb
VCC RE
ic
Q
ib
vi
VCCபைடு நூலகம்RE vo vo vo t
vce
静态工作点： V CEQ = 0.5VCC
I CQ = = 0 . 5 V CC V CC 2R R
E
E
若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信 号uo的峰值最大只能为：
Vo max = 0.5VCC
直流电源输出的功率
1 T PE = ∫ VCCi C dt T 0
丙类-------三极管<180°导电
丁类（D类） 开关状态 半周期：饱和导通 半周期：截止
η甲 < η甲乙 < η乙 < η 丙 < η 丁
end
8.3 乙类双电源互补对称 功率放大电路
8.3.1 电路组成 8.3.2 分析计算 8.3.3 功率BJT的选择
8.3.1 电路组成
1. 电路组成 由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采 用正、负双电源供电。这种电路也称为OCL互补功率 放大电路。
乙类互补功放电路的管耗
• 考虑到当T2导通时，-vCE2≈0,此时vCE1具有最大 值，且等于2VCC。因此，应选用|V（BR） CEO|>2VCC
• 通过BJT的最大集电极电流为VCC/RL，所选BJT 的ICM一般不宜低于此值。
end
8.4 甲乙类互补对称功率 放大电路
8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路 8.4.3 带自举电路的单电源功放
2 VCC T 1 T VCC P = ∫ VCCiCdt = ∫ iCdt = VCC × ICQ = E 2RL T 0 T 0
最大负载功率
⎛ Uommax ⎞ ⎛ 0.5VCC ⎞ ⎟ ⎜ ⎜ ⎟ 2 2⎠ ⎝ UCC ⎝ 2⎠ POmax = = = RL 8R L RL 最大效率
2 2
ηmax =
2
2. 管耗PT 单个管子在半个周期内的管耗
vo 1 π PT1 = ∫0 (VCC − vo ) RL d(ω t ) 2π
Vom sin ωt 1 π = (VCC − Vom sin ωt ) d(ω t ) 0 2π RL
∫
Vom 1 π VCCVom = ( sin ωt − sin 2ω t ) d(ω t ) 2π 0 RL RL 2 1 VCCVom Vom = − ( ) RL π 4
∫
2
两管管耗 PT = PT1 + PT2 = 2 (VCCVom − Vom ) π 4 RL
2
3. 电源供给的功率PV
2VCCVom PV = Po + PT = πR L
当 Vom ≈ VCC 时， PVm
2 VCC = ⋅ π RL
2
4. 效率η
Po π Vom = ⋅ η= PV 4 VCC
8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路
静态时，偏置电路使 VK＝VC≈VCC/2（电容C充电达 到稳态）。 当有信号vi时 负半周T1导通，有电流通过负 载RL，同时向C充电 正半周T2导通，则已充电的电 容C通过负载RL放电。 只要满足RLC >>T信，电容C就 可充当原来的－VCC。 计算Po、PT、PV和PTm的公式 必须加以修正，以VCC/2代替原 来公式中的VCC。
8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路
乙类互补对称电路存在的问题
乙类互补对称电路存在的问题
实际测试波形
1. 静态偏置 可克服交越失真 2. 动态工作情况
设T3已有合适 的静态工作点
二极管等效为恒压模型
交流相当于短路
VCE4
R1 + R2 ≈ ⋅ VBE4 R2
VBE4可认为是定值 R1、R2不变时， VCE4也是定值，可看作 是一个直流电源。
vD = vc 3 + vK = VC 3 + vK 则，vD随着vk 的增加而增加。
8.5 集成功率放大器
集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机的 驱动方面。集成功放是在集成运算放大器的电压互 补输出级后，加入互补功率输出级而构成的。 集成功放使用时不能超过规定的极限参数， 极限参数主要有功耗和最大允许电源电压。集成 功放要加有足够大的散热器，保证在额定功耗下 温度不超过允许值。
由NPN管与乙类互 补功放组成的功率 放大器.分析方法同 上. 此电路存在的问 题： K点电位受到限制
理想情况：输入负半周最大时T1饱和、T2截止输出近 似等于VCC；输入正半周最大时T2饱和、T1截止输出近 似等于0。交流输出电压幅值Vom≈VCC/2。，Vom明显 小于VCC/2。除非提高VD
8.3.2 分析计算
图解分析
1. 最大不失真输出功率Pomax
( Pomax = VCC − VCES 2 RL )2
(VCC − VCES ) 2 = 2 RL
忽略VCES时 P omax
实际输出功率
VCC ≈ 2RL
2
Po = Vo I o =
Vom 2
⋅
Vom = 2 ⋅ RL 2 RL
Vom
VO
1. 功率放大电路的特点及主要研究对象
(1) 功率放大电路 功率放大电路是一种以输出较大功率为目 的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电 压和电流。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。 (2) 要解决的问题 提高效率 讨论对象：大信号 分析方法：图解法。 减小失真 管子的保护
2.工作原理
当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时NPN型三极管导电，有电流通过 负载RL，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。 当输入信号为负半周时，且幅度远 大于三极管的开启电压，此时PNP型 三极管导电，有电流通过负 载RL， 按图中方向由下到上，与假设正方向 相反。于是两个三极管一个正半周， 一个负半周轮流导电，在负载上将正 半周和负半周合成在一起，得到一个 完整的波形。
例1： 扩音系统 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
执行机构
Vcc 例2：温度控制 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 A：电压放大器 R2 Rt 温控室 R1 a R3 b + + -A vo1 放 功 vo
加 热 元 件
温度调节 过程
室温T T
Rt
Vb
VO1
功放管的散热
功率器件－VVMOS
end
甲乙类放大： 导通角大于180°。一周期内有半个周 期以上iC＞0。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，乙类工作状态在功率放大电路中 就不能采用。推挽电路和互补对称电路较好地解决 了乙类工作状态下的失真问题。 电压放大电路BJT工作在 甲类，乙类和甲乙类放大 主要用于功率放大电路。
2VCCVom 2VCC0.64VCC (0.64VCC)2 PTmax = − = − R R πL 2RL πL 2RL =
2 2.56VCC 2 Vom
π RL 2
0.64 − 2RL
2
2 VCC
≈ 0.8Pomax − 0.4Pomax = 0.4Pomax
对一只三极管
PTmax ≈ 0 . 2 Pomax
（3）功率放大电路的特点： •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 全工作。 •要求效率高：效率——负载得到的有用信号功率与 电源提供的直流功率之比。 •要求非线性失真小：由于功率放大电路 是大信号运用，接近晶体管的截止区和饱 和区，容易产生非线性失真。 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。 •功放管的散热:有相当大的功率消耗在管子上，引起 温升
LM380外部引脚
功率器件 1、功率器件的散热问题 在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在功放 管的集电结上，使管子发热，必须采取散热措施。 常用的方法：加散热片 表征散热能力的参数：热阻——阻碍热传导的阻力， 通常用℃/w 或℃/mw 来表示。 热阻越小，管子的散热能力越强。 2、二次击穿现象 3、功率管的保护——降额使用
PO max
PE
= 25%
(RL=RE时)
电压放大器一般工作在甲类，其输出功率由功率三角形确 定。甲类放大的效率不高，理论上不超过50%。
乙类放大： 三极管180°导电。功率放大电路必须考虑效
率问题。静态电流是造成管耗的主要原因。为了降低静态时 的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类工作状态。一 周期内只有半个周期iC＞0。没有输入信号时，信号输出功率 为零，电源供给的功率为零，管耗为零。信号增大，电源供 给的功率增大，输出功率增大。但输出出现了严重的失真。
当 Vom
π ≈ VCC 时， η = ≈ 78.5 % 4
end
8.3.3 功率BJT的选择
•每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于PT1M≈0.2POM； 将PT、P0、PV画成曲 线， 如图5.2.2所示。 V 02 V 02m 1 P0 = = • 2 RL RL
2 VCCVom PV = × π RL
VD
8.4.3带自举电路的单电源功放
当Vi = 0,VD = VCC − IC3R3
则 VC 3 = V D − V A = V CC V CC − I C 3 R3 − 2
V CC = − I C 3 R3 2
若R3C3足够大，电容两端的电压将基本为常数，不随vi 而变化。 所以当有信号时： end
8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 射极输出器——甲类放大的实例 8.3 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 *8.5 集成功率放大器
8.1 功率放大电路的一般问题
1. 功率放大电路的特点及主要研究对象 2. 功率放大电路提高效率的主要途径
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。
（4）功率放大电路的分类 三极管根据导通时间可分为如下四个状态，如图所示。 甲类工作状态-------三极管360°导电；
甲类360°导电
射极输出器能否做功率放大？
VCC ib vi Rb
射极输出器的输 出电阻低，带负载能 力强，但做功放不适 合。为什么？解释如 下：
vo
RE
射极输出器效率的估算： (设RL=RE)