(完整版)电子线路_陈其纯版_第七章
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课题
7.1低频功率放大器概述
课型
新课授课班级授课时数 1 教学目标
1.理解低频功率放大器及基本要求
2.了解低频功率放大器的分类
3.掌握单管功率放大器的电路组成及工作原理
教学重点
工作原理,功率计算
教学难点
工作原理
学情分析
教学效果
新课 教后记
A .复习
1.石英晶体振荡器的特点。
2.串、并联谐振。
B .引入
在电子技术中,有时需要大的信号功率,该信号具有足够的功率去控制或驱动一些设备工作。
例如:控制电动机的转动,驱动扬声器使之发声等。
C .新授课
7.1 低频功率放大器概述
一、低频功放及其基本要求
低频功率放大器:能输出低频信号的功率放大器。
功放和电压放大器的区别。
(1)小信号电压放大器。
①V i ,I i ,V o ,I o 较小;
②消耗能量小,输出信号的功率小,信号失真小; ③任务:对微弱的信号电压放大。
(2)功率放大器:
①任务:输出较大的信号功率;
②输入、输出电压和电流都较大-大信号放大器; ③消耗能量多,信号易失真,P o 大。
3功放效率 ①注意效率;
②P o;
③信号失真;
④晶体管的功耗;
⑤击穿电压。
(4)对性能良好功放的基本要求
①信号失真小;
②有足够的输出功率;
③效率高;
④散热性能好。
二、分类
1以晶体管的静态工作点分类
(1)甲类功放:Q点在交流负载线的中点。
①三极管处于放大状态;
②波形不失真;
③静态电流大,效率低。
(2)乙类功放:Q点在交流负载线和I B 0输出特性曲线交点处。
①半个周期在放大区,另半个周期在截止区;
②只有半波输出;
③没有静态电流,效率高。
(3)甲乙类功放:Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。
①静态电流较小,效率仍较高;
②波形失真较小。
2、以功率放大器输出端特点分类
(1)有输出变压器功放电路。
(2)OTL功放电路。
(3)OCL功放电路。
(4)BTL功放电路。
7.2单管功率放大器
一、电路组成
(1)元件作用:R b1,R b2,R e —— 偏置电阻 T 1——输入变压器 T 2——输出变压器 (结合图形分析) (2)T 2作用:
①一方面隔断直流耦合交流;
②变换阻抗,便负载获得较大的功率。
(3)R 'L = n 2·R L ,n =
2
1
N N ,一次侧获得晶体管所需的最佳阻抗。
例:已知:R L = 8 Ω,P o = 140 mW ,I C = 31 mA 。
求:(1)R 'L (2)T 2变比n
解:(1)P o =L 2
C
R I '⋅ R 'L = P o / 2
C I = 140 / (31 ⨯ 10 - 3 ) 2 = 145.7Ω
(2)R 'L =n 2 ·R L
4.38
146
L L =='=
R R n 二、电路工作原理
1.v i = 0 静态,I C = I CQ ,V o = 0。
2.v i ≠ 0 有输入信号经T 1、C b 、C e 进入b 和e 极,产生i b → 较大的i c 。
练习
讨论:
(1)C b 作用?
(2)交流通路应如何画?直流通路呢?
小结
1.低频功率放大器的概述 2.分类
3.单管功率放大器
布置作业 习题七 7-1
课题
7.2单管功率放大器输出功率计算
课型
新课授课班级授课时数 1 教学目标
1.掌握单管功率放大器输出功率的计算方法
2.理解图解法及其应用
3.会推导效率,并能分析功率集电极损耗与输入信
号的关系
教学重点
输出功率的计算
教学难点
损耗的分析
学情分析
教学效果
新课 教后记
A .复习
1.功率放大器按Q 点可以分成几类? 2.甲类功放的组成。
B .引入
电压放大器的分析办法采用估算法和图解法,通常用图解分析法分析功率放大器的工作情况。
C .新授课
7.2.2 输出功率及效率
一、输出功率 1.直流负载线:
因为T 2一次侧线圈直流电阻很小,直流短路。
R e 很小,0.5 ~10 Ω,直流压降可忽略不计。
V CE = V G - I C ( R c + R e ) 因为 R c +R e ≈ 0 所以 V CE = V G
∞=≈=0
G c G C V
R V I
结论:通过V G 点而垂直于V CE 轴的直线。
2.交流负载线:R 'L = n 2R L
(1)理想:非常贴近于安全工作区边界而又不超过安全工作区的一条直线,使P o 最大。
(2)加入信号后,输入信号电压足够大,动态i B 在I B0~I B4之间,即在Q '~Q " 两点之间移动。
(3)集电极输出交流功率 = T 2 一次侧等效电阻R 'L 上所得到的交流功率
cem cm cem cm CE C o 2
1
22V I V I V I P =⋅=
= 输入越强,I cm 、V cem 越大,P o 也越大。
I cm ≤I CQ ,V cem ≤V G P om =
2
1
I CQ ·V G 二、效率
1.直流电源功率
P G = I CQ ·V G
甲类功放从电源吸收的功率不随输入信号的强弱而变动。
2.00G CQ G CQ G om m 50%1002
1
21
=⨯===V I V
I P P η
3.效率50 %
考虑V CES ,I CFO ,η仅40%~45%; 再考虑ηT (0.75~0.85),η' =η·ηT - (30 % ~ 35%)。
4.电路特点:效率低、波形不失真。
三、晶体管集电极损耗P C = P G -P o 无信号:P o = 0,P C = P G ,损耗最大 有信号:P om ,P C = P G -P om =
2
1P G
P C = P om =
2
1P G 例:
已知:V G = 12 V ,R 2 = 8 Ω,输出变压器T 变比n = 1.2,变压器损耗忽略。
求:(1)P om (2)P G
解:(1) 6.25W W 8
1.212212122L 2
G om =⨯⨯='=R V P
(2)12.5W W 0.5
2.56om G =-==ηP P 方法二
W 12.5W 8
1.2122
2
L 2
G G CQ G L G CQ
=⨯==⋅=='R V V I ,P R V I
练习
在甲类功放中,已知:I CQ = 2mA ,V CEQ = 10V ,R L = 50Ω 。
求:(1)理想最大不失真输出功率P om ; (2)求变比n 。
解:(1)W 0.01mW 10mW 1022
1
21CEQ CQ om ==⨯⨯==
V I P (2)Ω0005Ω10
210 , '3
CQ G L L G CQ =⨯=='=
-I V R R V I 1050
0005L L =='=
R R n
小结
(1)输出功率 (2)效率
布置作业 习题七 7-2 补充练习
课题
7.3推挽功率放大器
课型
新课授课班级授课时数 1 教学目标
1.了解乙类推耗功放电路的组成及特点
2.会分析乙类推抗功放的工作原理
3.理解产生交越失真的原因及解决方法
教学重点
工作原理,交越失真
教学难点
交越失真
学情分析
教学效果
新课 教后记
A .复习
课件展示问题:
B .引入
1.当V i = 0,P o = 0 ,P Q = I CQ V G ,P C = I CQ V G 最大值; 当V i ≠ 0 ,P om =
21I CQ V G , P G = I CQ V G ,P C = 2
1
I CQ V G 。
2.单管甲类:
① 波形不失真。
② 效率低。
可见:不论有无信号,电源供给功率不变。
V i = 0,P o = 0,输入功率全部耗散在管子集电结上,对直流电能是个很大的浪费。
C .新授课
一、电路组成
1.甲类 → 乙类过程 讨论:
① 将静态工作点设置在截止区,在电路中,如何实现?不设置偏置电阻。
② 一个管子工作在截止区,输出波形只有一半,如何解决?两个管子轮流导通。
③ 两个都是同极性的管子如何实现轮流工作?采用带中心抽头的变压器。
2.T 1,T 2带中心抽头:
① 使电路对称,倒相作用。
② 输入、输出实现阻抗匹配。
二、工作原理:
1.静态时:直流通路。
V BEQ = 0,I BQ = 0,I C = 0,V1,V2工作于截止状态。
2.动态:
正半周:V be1>0 ,V1导通,i C1逆时针,V be2<0 ,V2截止,i C2 = 0;
负半周:V be1<0 ,V1截止,i C1 = 0,V be1>0,V2导通,i C2顺时针→i L2。
推挽功放:两个功放管在正、负半周交替工作,像两人拉锯,一推一拉,称为推挽功放。
三、交越失真
1.产生的原因:
(1)三极管输入,输出特性的非线性。
(2)乙类功放的静态工作点选在截止区与放大区的交界处。
2.定义:当两只功放管交替工作时,输出端获得的合成波形在过零处出现失真,称为交越失真。
3.交越失真的产生:
(结合图形分析)
4.消除交越失真的方法:
(1)加适当的正向偏压:使基本存在微小的正向偏流。
(2)电路如何实现:电路上加R b1、R b2、R e 三个电阻。
四、输出功率和效率
1.图解法:直流负载线仍垂直于横轴。
2.计算:
(1)每只功放管交流I CM (满额使用): I CM =
'
L G
R V ,——R 'L 输出T 与每只功放管相连的那部分一次线圈在工作时的交流等效阻抗。
(2)总P o = 每只功放管工作时的集电极输出功率。
cem om cem cm ce C o 2
122V I V I V I P =⋅=
= 满额使用:V 'cm = V G ,I 'cm = L cem R V '' = L
G R V
所以P om = 21L G
2G L
G 2R V V R V '=
' , R 'L = 每只管子的等效阻抗。
一次侧为N 1,二次侧为N 2,则R ' L = L 2
2121R N N ⋅⎪⎪⎪⎪
⎭
⎫ ⎝⎛ 3.效率:%78.5%1004ππ
221
cem cm cem
cm G o =⨯===
V I V I P P η
练习
习题七 7-3
小结
1.乙类功放电流组成 2.交越失真 3.P o 功率计算
布置作业 习题七 7- 4
课题
7.3.2甲乙类推挽功放
OTL功放课型
新课授课班级授课时数 2 教学目标
1.了解甲乙类推抗功放的组成,熟悉电路
2.理解工作原理
3.理解OTL功放组成,明确元件作用
4.能分析OTL功放工作原理
教学重点
电路组成,工作原理
教学难点
工作原理
学情分析
教学效果
新课
教后记
A.复习
1.乙类P om。
2.交越失真产生的原因。
B.引入
乙类推抗功放存在交越失真,产生的原因是Q点在截止区,改进的思路Q点适当提高一些,使Q点工作在甲乙类推抗功率放大器的截止区和放大区交界处的稍高处。
C.新授课
7.3.2甲乙类推抗功率放大器
一、电路组成
1.产生失真的原因:Q点在截止区和放大区交界处。
2.解决方法:Q点稍微提高一些,给少量I BQ。
3.甲乙类推抗功率放大器:两只推抗管的静态工作点介乎甲类和乙类之间。
4.元件:
(1)R b1,R b2,R e——分压式电流负反馈,提供两管的静态偏流I BQ。
(2)R b2为何要小一些? 输入信号经过R b2会有损耗。
(3)对R e 的取值有何要求? 小,低频损耗小,(提高功率输出)。
7.4 无输出变压器的推抗功率放大器
变压器功放缺点: ①体积大。
②传输损耗。
③频率失真。
7.4.1 输入变压器倒相式推挽OTL 功放电路 一、电路结构:
V 1,V 2——参数一改的NPN 管。
R 1,R 2,R e1——V 1的偏置电阻。
R 3,R 4,R e2——V 2的偏置电阻。
R e1,R e2——反馈电阻,其作用有: ① 稳定静态工作点。
② 减小非线性失真。
输入变压器T ——信号倒相耦合,获得两个大小相等,相位相反的信号:V b1,V b2。
二、工作原理: 1.静态时: V A = ? 调节到V A =
2
G
V ; C 上电压为多少?稳压后为
2
G
V ; R L 上有无电流?无电流。
2.有V i 时:
V i 正半周:V 1状态?导通;
V2状态?截止;
画出i C1的方向。
V i负半周:V1状态?截止;
V2状态?导通;
画出i C2的方向。
结论:两管轮流工作,负载RL上获得完整的放大信号。
3.CL的容量一般选择得很大,为何?
(1)C大,X C可小些,可以减少耦合交流信号时的低频损耗。
(2)C大,充电量大,V C压降变化很小,利用它两端的电压兼作电源。
例:V1截止,V2导通,提供
2
G
V
的电压。
4.有一定的阻抗变换作用。
分析:
(R e1,R e2阻值小,略去)
因为r ce1 // r ce2,所以r ce↓,使得负载R L获得较理想的功率。
练习
习题七7-6
小结
1.甲乙类推挽功放
2.输入变压器倒相或推挽功放
布置作业
习题七7-5,7-7
课题
7.4.2互补对称式推挽OTL功放电路
课型
新课授课班级授课时数 2 教学目标
1.能识别电路,说出电路名称
2.明确R P2,R3,C4,R4元件作用,理解工作原理
3.会计算输出功率
教学重点
元件作用,输出功率
教学难点
元件作用
学情分析
教学效果
新课 教后记
A .复习
1.甲乙功放作用→消除交越失真。
2.OTL 功放中C 2的作用。
B .引入
互补对称推挽电路有两个导电极性不同的晶体管,彼此互补,不需要输入变压器对信号例相。
为了信号不失真,β值和饱和压降等参数一致,即两个互补管电路要完全对称,故称为互补对称式功放电路。
C .新授课
7.4.2 互补对称式推挽OTL 功放电路
一、电路结构: 1.元件作用:
V 1:激励放大管(末前级放大管),给功放输出级以足够的推动信号。
R P1,R 1,R 2:V 1的偏置电阻。
R 4,R 3,R P2:V 1的集电极负载电阻。
V 2,V 3:互补对称推挽功放管。
C 1:输入耦合电容。
C 2:射极旁路电容,减小信号的损耗。
C 3:输出耦合电容,并充当V 3回路直流电源,C 较大,几百至几千微法。
R 4,C 4:组成自举电路。
2.R P2作用
① 给V 2,V 3提供偏置电压(阻),克服交越失真; ② V b1,V b2应有多少电位差?0.8 V 。
3.R 4,C 4作用: (1)当无自举时:
V 1,V 2组态:共集电极,R 3 >> R 4,R P2,信号主要降落在R 3上→ 共集电极:A P 低。
(2)当有自举时:
R 3大,信号从b ≠e 输入≠共发射极输入方式。
总结:C 4:使V 2,V 3由共集电极接法转换成共发射极接法,从而使放大器的功率增益增大。
为何C 4称自举电容:对交流信号,A 点、B 点一起升高或降低。
R 4称为隔离电阻,将B 点与地分开。
二、信号的放大过程:
1.在V i 的负半周: v i 由 V 1放大并倒相 → V 2,V 3放大(V 2为正半周导通 ,V 3
为负半周截止),电流方向:V 2 → C 3,R L → +V G → V 2,得到正半周输出信号V o ;
2.在V i 的正半周:v i 由V 1放大并倒相→ V 2,V 3放大,(V 2为负半周截止,V 3为正半周导通),得到负半周输出信号v o 。
三、最大输出功率:
1.工作状态:乙类推挽状态。
2.V 'com =
2
1
V G ,I 'cm =L G L cem 2R V R V ='。
3.P om = 2
1
I 'cm V 'cem =
21·L
G 2R V ·G 21V =L
G
28R V 例:已知:V G = 8 V ,R L = 8 Ω
解:P om = L
G
28R V =
W 8882⨯ = W 6464 = 1 W
练习
简述互补对称推挽功放电路工作原理
小结
1.互补对称推挽功放电路 2.元件作用 3.工作原理
布置作业
习题七7-8
补充
课题
7.5OCL功放
课型
新课授课班级授课时数 2 教学目标
1.认识OCL功放电路
2.理解OCL功放的工作原理
3.会分析OCL实例电路
教学重点
OCL功放的工作原理
教学难点
OCL实例分析
学情分析
新课
教学效果
教后记
A.复习
1.在OTL互补电路中,R P2的作用?
2.R4,C4的作用?
B.引入
OTL功放电路由于去掉了输入和输出T,具有失真小的优点,故有“高传真”的称号,但在输出回路中有容量较大的电解电容。
电容器内铝箔卷绕圈较多,电感效应大,故对不同频率的信号会产生不同的相移,输出信号有附加失真。
C.新授课
7.5.1OCL功放电路简析
一、中点静态电位必须为零(V A 0)。
1.电路组成
2.工作原理:
(1)正半周:V1状态:放大,V2状态:截止,i C1→V G、V1、R L构成回路。
(2)负半周:V1状态:截止,V2状态:放大,i C2→-V G、V2、R L构成回路。
总结:i C1,i C2流经R L时方向相反,R L上得到完整的正弦波形。
随堂练习:画出OCL功放电路的电流流通途径。
二、为何采用双电源电路
1.OTL电路中,输出采用C很大的电解电容器。
C大小−
−→
−决定低频频率响应。
2.C不是纯电容,用铝箔卷绕方法制成,不可避免会有电感量,C越大,L越大,放大器对不同的频率产生不同的相移,使放大器的低频的性能变差。
3.采用直接耦合克服以上缺点
(1)电源对称性比OTL电路好→噪声和交流声较小;
(2)中点静态电流必须为0(V A = 0),保证静态时负载上不能有直流电流,对扬声器带来不良影响,甚至烧坏。
结论:
(1)电路用双电源;
(2)应有防止零漂的差分放大电路。
三、最大输出功率
1.V'com=V G
2.I'cm=
L
G
L
cem
R
V
R
V
=
'
3.P om=
2
1
I'cm·V'com=⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
⋅
L
G
2
1
R
V
·V G =
L
2
G
2R
V
7.5.2OCL实例电路
一、电路组成说明
1.复合管提高输出级的电流放大系数
问:哪些为复合管。
V4,V6为NPN型。
V5,V7为PNP型。
2.用差分放大输入级抑制零漂
V1,V2用双电源。
3.其他元件:
(1)V3 为激励级。
(2)C5高频负反馈电容、防止V3高频自激。
(3)R7,V3,V9把V4,V5基极直流电位分开。
(4)R5,R7,C3,R6——低频信号负反馈电路。
(5)R16,C6——高频消噪电路。
(6)R4,C2——差分放大器的电源滤波。
习题七7 9
练习
小结(1)OCL电路组成(2)P om计算
(3)实用OCL电路分析
布置作业
习题七7 10。