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1、1,第8章 功率放大电路,2,81 功率放大电路的特点及分类,811功率放大器的特点及工作状态分类,从能量控制的观点来看，都是利用有源器件将电源提供的直流功率转换成负载所需的交流功率。,电压放大器和功率放大器的相同点：,3,电压放大器的主要要求是使负载得到不失真的电压放大信号，讨论的主要指标是电压放大倍数、输入和输出电阻等，输出功率并不一定大。功率放大器主要要求获得一定的不失真的输出功率，通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大器包含着一系列电压放大器中没有过的特殊问题。,两者的不同点：,4,一、特点,（1）输出功率尽可能大晶体管常常在接近极限运用状态下工作。技术指标1：Pom负载上得到的最大
2、输出交流功率。,(3)分析方法以图解法为主。,(2)大信号工作。,5,(5)提高效率成为重要的关注点。技术指标3：能量转换效率。,(6)功率器件的安全问题必须考虑。,（4）非线性失真矛盾突出 技术指标2：非线性失真的大小。,在效率高、非线性失真小、安全工作的前提下，向负载提供足够大的功率。,二、对功率放大器的要求：,6,一般放大器与功率放大器的区别为：,7,三、工作状态分类,甲类（A类）：工作点Q设在放大区，对于输入信号为正弦波的整个周期内ic0，即三极管在整个周期都导通。因此导通角=2。,(a)A类(导通角为360),8,乙类（B类）：工作点选在导通的阈值点（UBEQ=UBE(on)，ICQ
3、=0），因此只有在输入信号的半个周期内有ic，导通角=。,(b)B类(导通角为180),9,(c)C类(导通角180),丙类（C类）：Q点在选在截止区以内，晶体管只有不到半周导通（导通角小于180o）,导通角0。,10,甲乙类（AB类）：工作点选在放大区中，但靠近截止区的地方，导通角2。,11,电路,图82甲类功放电路及交、直流负载线,812 甲类(A类)功率放大器,一、电路,12,图82甲类功放电路及交、直流负载线,交、直流负载线,u,CE,i,C,0,U,CC,(,b,),Q,直流负载线,交流负载线,iB,13,14,二、功率与效率的计算,1.电源供出功率PE,2.负载得到的交流功率PL,
4、15,设变压器效率T=1,则，即,16,此时，最大输出功率PLm为,3.管子功耗PC,17,4.转换能量的效率,当Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ时，效率达到最高：,18,下面计算非变量器耦合电压放大器的各项指标：,19,813 互补跟随乙类(B类)功率放大器,一、双电源互补跟随乙类功率放大器(OCL电路),1.电路结构及工作原理,2.功率与效率的计算,1)输出交流功率Po,2)电源提供的功率PE,3)每管转换能量的效率,4)每个管子损耗PT,3.选择功率管,20,静态工作点：ui=0，两管都截止，ICQ=0，Uo=0，UCEQ1=UCC，UCEQ2=UCC静态ICQ=0，属
5、于乙类功放。,1.电路结构及工作原理,21,交流分析：设ui为一正弦波信号。设发射极导通电压UBE（on）=0。,当ui为正半周时，V1导通，V2截止，为射极输出器，uo=ui iC1流入负载uo0。,当ui为负半周时，V2导通，V1截止，为射极输出器，uo=ui。iC2流出负载uo 0。,22,若分析时，UBE(on)0，则输出会产生交越失真：,23,图823克服交越失真的互补电路(a)二极管偏置方式；(b)模拟电压源偏置方式,静态时微导通 UBE倍增电路,24,图83 互补跟随乙类功率放大器(OCL电路),25,2.功率与效率的计算,图84互补跟随乙类功放负载线及工作点(a)单管负载线,2
6、6,图84互补跟随乙类功放负载线及工作点(b)双管负载线,27,1)输出交流功率Po,令 称之为电压利用系数，那么,V1、V2为半周工作，但负载电流却是完整的正弦波。,28,信号越大，Uo增大，电压利用率也增大。若忽略集电极饱和电压，则最大=1，故最大输出功率PLm为,29,当信号为零时，工作点接近于截止点，ICQ=0，电源不提供功率；而随着信号的增大，iC1增大，电源提供的功率也将随之增大。这点与A类功放有本质的差别。,PE=UCC(iC1的直流分量)+|UEE|(iC2的直流分量),2)电源提供的功率PE,30,当信号最大时，Uom(max)UCC，所以电源输出的最大功率为,31,3)每管
7、转换能量的效率,当信号最大，=1时，效率达到最高：,B类工作的效率远比A类(最大50%)的高。,32,4)每个管子损耗PT,可见，每个管子的损耗PT是输出信号振幅的函数。将PT对Uom求导，可得出最大管耗PTm。令,33,得出，当 时，每管的损耗最大：,34,3.选择功率管,(1)已知Pom及RL，选UCC，则,(2)已知Pom，选择管子允许的最大功耗PCM。,管子允许的最大功耗,35,(3)管子的击穿电压U(BR)CEO。,(4)管子允许的最大电流ICM。,36,总结：功率管的选择原则：,最大耐压值：U(BR)CEO2UCC,最大集电极电流：,最大集电极耗散功率：,37,二、单电源互补跟随乙
8、类功率放大器(OTL),38,故，该电路负载得到的最大交流功率PLm为,39,为保证功率放大器良好的低频响应，电容C必须满足,40,例：某OCL互补对称电路如图所示，已知三极管T1、T2的饱和压降Uces=1V，Ucc18V，RL8(1)计算电路的最大不失真输出功率PoM；(2)计算电路的最大效率max；(3)为保证电路正常工作，所选三极管的U(BR)CEO和ICM应为多大?,41,解：,U(BR)CEO2UCC=36V,42,例2：上题中若-Ucc接地，求：（1）A点的静态工作点（2）PoM=?晶体管如何选择？（3）若T1、T2两管性能相同，PTM=200mW，ICM=200mA，UBE(C
9、EO)=24V，求PoM。,43,解：（1）A点静态电位为9V。,（2）,最大耐压值：U(BR)CEO2UCC=18V,最大集电极电流：,最大集电极耗散功率：,44,（3）根据,可知,因此原来求出的Pom=4W已超过了最大功耗下的Pom。也就是说根据提供参数的T1、T2管得到的功放，输出Uo最大时不能达到Ucc/2。根据提供的ICM，可知达到ICM时的Uom=ICMRL=200mA8=1.6V。,45,三、复合管及准互补跟随乙类功率放大器(OCL电路),组成复合管的原则有以下几点：,(1)电流流向要一致。,(2)各极电压必须保证所有管子工作在放大区，即保证e结正偏，c结反偏。,(3)因为复合管
10、的基极电流iB等于第一个管子的iB1，所以复合管的性质取决于第一个晶体管的性质。,46,图86复合管的组成(a)等效为NPN管；(b)等效为PNP管；(c)等效为PNP管；(d)等效为NPN管,47,图86复合管的组成(a)等效为NPN管；(b)等效为PNP管；(c)等效为PNP管；(d)等效为NPN管,48,图86复合管的组成(a)等效为NPN管；(b)等效为PNP管；(c)等效为PNP管；(d)等效为NPN管,49,图86复合管的组成(a)等效为NPN管；(b)等效为PNP管；(c)等效为PNP管；(d)等效为NPN管,50,图87 准互补乙类功率放大器电路,51,814集成功率放大器,一
11、、集成功率放大器,1.SHM1150型双极晶体管与MOS管混合的音频集成功率放大器,52,图88SHM1150型BiMOS集成功率放大器(a)内部电路；(b)外部接线图,53,2.桥式功率放大器,54,图89 桥式集成功放LM4860及其外部电路,55,图810 直流稳压电源的基本框图,82 整流器和直流稳压电源,整流是将变压器次级交流转换为单向脉动直流；滤波是将整流后的波纹滤除。,56,821整流滤波电路,一、整流滤波电路,常用的整流电路有半波整流、全波整流、桥式整流和倍压整流。,常用的滤波电路有电容滤波、电感电容型滤波、电阻电容型滤波。,57,图811常用整流电路(a)半波整流；(b)全波
12、整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,58,图811常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,59,图811常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,60,图811常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,61,图812 常用滤波电路(a)电容滤波；(b)电感电容型滤波；(c)电阻电容型滤波,62,图813全波整流电路及电压电流波形,(a)电路,二、整流滤波电路的工作原理及主要性能,1.工作原理,63,图813全波整流电路及电压电流波形,(b)管子流过的电流及输入输出电压波形,64,图913全
13、波整流电路及电压电流波形(c)计算机仿真波形(为看清输出波纹，故意将滤波电容值取得很小，实际上要加几百几千F),65,1)输出直流电压Uo,2.主要性能,不接滤波电容(C=0)时：,当接入滤波电容(C0)，且负载RL=时：,一般情况下(RL,C0)，Uo的估算值为：,66,2)滤波电容估算值,式中为 变压器次级单边交流电压有效值，为交流振幅。,变压比,此时，波纹电压峰峰值Urpp约为,式中：T为交流电网信号周期；IL为负载电流。,67,3)整流管的选择,(1)整流管最大允许电流,(2)整流管反向击穿电压。,68,图914用“硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路,69,922串联反馈型线性
14、稳压器的工作原理,一、电路,图915 串联型稳压器框图,70,二、主要参数,1.主要指标,1)稳压系数S,71,2)输出电阻Ro,3)温度系数ST,72,2.调整管参数,3.电路输出电压调节,(1)大波段调节依靠改变整流器变压器抽头。,(2)波段内调节靠电位器RW。,73,三、集成三端稳压器,(a)78系列典型接法；,图916三端集成稳压电源的典型接法,74,(c)三端稳压器外形图,图916三端集成稳压电源的典型接法,(b)79系列典型接法；,75,(a)扩流电路,图917三端稳压器功能的扩展,76,图917三端稳压器功能的扩展,(b)扩压电路,77,(c)输出电压可调电路,图917三端稳压器
15、功能的扩展,78,923开关型稳压器,图918 开关稳压电源框图,79,图919 脉宽调制器的各点波形,80,图920 一个实际的开关稳压电源电路,81,图921 脉宽调制器UC3842框图,82,934 功率管的保护,为保证功率管的正常运行，要附加一些保护电路，包括安全区保护、过流保护、过热保护等等。,1.在VMOS的栅极加限流、限压电阻和反接二极管；,2.在感性负载上并联电容和二极管；,3.在功率管的c、e间并联稳压二极管。,83,作 业,9-1,9-3,9-8,9-11,84,1.功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致。,二、二次击穿现象与安全工作区,2.当集电极电压uCE增大时，首先可能出现一次击穿(图中AB段)。这种击穿是正常的雪崩击穿。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将其起始点连线称为二次击穿临界线，如图923(b)所示。,85,图923功率管的二次击穿现象(a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线,86,为保证功率管安全可靠地工作，除保证电流小于ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击穿电压U(BR)CEO外，还应避免进入二次击穿区。所以，功率管的安全工作区如图924所示。,87,图924 双极型功率管的安全工作区,
