《模拟电子技术》PPT课件

《模拟电子技术》主讲：王彦武汉铁路职业技术学院二00六年五月第7章低频功率放大电路本章主要内容:7.1低频功率放大电路概述7.2互补对称功率放大电路7.3集成功率放大电路7.4功率管的安全使用与保护7.1低频功率放大电路概述概述:功率放大电路与电压放大电路都是利用放大器件的控制作用，把直流电源的能量转化为按输入信号规律变化的交变能量输出给负载.但功率放大电路输入信号幅度较大,它的主要任务是使负载得到尽可能不失真信号功率。7.1低频功率放大电路概述7.1.1功率放大电路的特点7.1.2功率放大电路的基本要求7.1.3分类7.1.1功率放大电路的特点特点:1.由于功率放大电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大.2.由于要求输出信号幅度大，通常使三极管工作在极限应用状态，即三极管工作在接近饱和区与截止区的工作状态，因此输出信号存在一定程度的失真.7.1.1功率放大电路的特点3.功率放大电路在输出功率的同时，三极管消耗的能量也较大，因此三极管的管耗不能忽视。4.由于功率放大电路工作在大信号运用状态，一般采用图解法分析近似估算。7.1.2功率放大电路基本要求功率放大电路通常是在大信号状态下工作，是以输出较大功率为目的的放大电路。基本要求：（1）输出功率足够大；（2）效率要高；（3）非线性失真要小；（4）散热条件要好。7.1.3分类分类：根据放大电路中三极管静态工作点设置的不同，可以分成甲类、乙类和甲乙类3种。一、甲类放大器该电路的Q点设置在放大区的中间.优点是：三极管在输入信号的整个周期内都导通，输出信号的失真较小。缺点是：三极管有较大的静态电流ICQ，管耗PC大，电路的输出功率和效率均较低，最高转换效率只能达到50%。7.1.3分类二、乙类放大器该电路的Q点设置在截止区.优点是：三极管仅在输入信号的半个周期内导通。这时，三极管的静态电流ICQ=0，管耗PC小，能量转换效率高，最高可达到78%。缺点是：只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真大。7.1.3分类三、甲乙类放大器该电路的Q点设置在放大区靠近截止区处.优点是：静态时三极管处于微导通状态。三极管的导通时间大于信号的半个周期而小于信号的一个周期，这样可以有效地克服放大电路的失真问，而且能量转换效率也较高。。7.2互补对称功率放大电路概述:采用两个导电特性相反的管子（NPN和PNP），让一个管子在信号的正半周导通，另一个管子在信号的负半周导通，即两个管子在信号周期内交替工作，各自产生半个周期的信号波形，在负载上合成一个完整的信号波形.这种功放电路就是互补对称的推挽功率放大电路。7.2互补对称功率放大电路7.2.1乙类互补OCL功率放大电路7.2.2甲乙类互补对称OCL功率放大器7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路一.电路组成NPN和PNP管互补,采用双电源供电7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路二.工作原理当输入信号处于正半周时，T1管导电，有电流通过负载RL，方向由上到下，与假设方向相同。7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路二.工作原理当输入信号为负半周时，T2管导电，有电流通过负载RL，方向由下到上，与假设正方向相反。7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路三.信号波形图解电路在有信号时，VT1和VT2轮流导电，交替工作，使流过负载RL的电流为一完整的正弦信号。由于两个不同极性的管子互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称式功率放大电路.7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路四.主要性能指标分析1.输出功率Po:最大输出功率:2.直流电源提供的功率PEPE=PE1+PE2=提供的最大功率7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路3.效率η理想情况下的最高效率:7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路4.集电极的损耗功率Pc最大损耗功率7.2.1乙类互补对称OCL功率放大电路7.2.2甲乙类互补对称OCL功率放大电路一.乙类功放的交越失真输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。7.2.2甲乙类互补对称OCL功率放大电路二.克服交越失真的实际应用电路1.利用二极管进行偏置的甲乙类互补对称功放电路7.2.2甲乙类互补对称OCL功率放大电路二.克服交越失真的实际应用电路2.利用三极管恒压源进行偏置的甲乙类互补对称功放电路7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器一．概述双电源互补对称功率放大电路具有低频响应好、输出功率大、便于集成优点，但需要双电源供电，使用起来会感到不便。如果采用单电源供电，只需在两个管子的发射极与负载之间接入一个大容量的耦合电容C即可。这种电路通常又称为无输出变压器的功率放大电路，简称:OTL（OutputTransformerLess）功率放大电路二．电路组成及原理当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC/2。为了使负载上仅获得交流信号，用一个电容器C串联在RL与输出端之间。(电容器的容量由放大电路的下限频率决定)7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器图中,该电容C除起隔直流通交流的耦合作用外，还作为V3管的工作电源。R1构成VT1管的偏置电路，保证VT1管工作在甲类放大状态.R1的上端接向输出端的K点，交直流负反馈，负反馈的引入稳定了静态工作点VK，同时改善了功放电路的交流性能指标。三．性能指标估算7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器图中:1.最大输出功率Pomax2.电源提供的最大功率PEmax7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器3.效率η4.集电极的损耗功率Pc7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器四.功率管元件参数的选择PCM≥0.2PomaxU（BR）CEO≥VCC7.2.3甲乙类互补对称OTL功率放大器7.3集成功率放大电路特点:集成功率放大电路具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。它的产品种类很多，通常可以分为通用型和专用型两大类。通用型是指可以用于多种场合的电路，专用型是指用于某种特定场合。7.3集成功率放大电路7.3.1内部电路简介7.3.2集成功放的应用电路7.3.1内部电路简介一.LM386的外形1,8脚是电压增益设定端；2脚是反向输入端；3脚是同相输入端；4脚是接地端；5脚是输出端；6脚是电源端；7脚外接旁路电容端，用于消除电路可能产生的自激振荡，一般接10μF电容。7.3.1内部电路简介二.内部电路及工作原理7.3.2集成功放的应用电路一、LM386组成的OTL功放电路W1调增益，R8、C3与相位补偿，防自激；C2为电源退耦电容；C4为输出耦合电容；W2控制输入信号的大小。C1、C2可10μF。7.3.2集成功放的应用电路二、LM386组成的BTL音频功放LM386(1)接成同相放大，LM386(2)接成反相放大。负载上的电压为单个OTL驱动时输出电压信号的两倍，从而使最大输出功率增大到单个OTL驱动的4倍。7.4功率管的安全使用与保护7.4.1功率管的二次击穿问题7.4.2功率管的散热问题7.4.3功率管的保护措施7.4.1功率管的二次击穿问题击穿现象对于晶体三极管而言有两种：一次击穿和二次击穿。在介绍晶体三极管的极限参数时讨论的击穿电压是一次击穿。如果一次击穿出现后，集电极电压继续升高，同时又不限制击穿后的集电极电流iC，则iC在超过某一数值后，uCE的电压会突然减小，而iC却会急剧增加，直至受到外电路限制为止，这种现象称之为二次击穿。一般说来只要进入二次击穿区，晶体管会在很短的时间内损坏，而这种损坏是不能再恢复的，二次击穿不具有可逆性。7.4.2功率管的散热问题功率管在工作时，集电结总是处于反向偏置状态，所以管子的耗散功率绝大部分集中在集电结上，结温因此而迅速升高，引起整个管子的温度升高，当升高到一定程度，就会致使输出功率下降，严重时将使管子烧毁。散热条件越好，对应于相同结温所允许的管耗就越大，输出功率也就越大，PCM值与管子的散热条件有关。因为当散热条件好，环境温度低时，集电极功耗产生的热量会很快散发出去，结温升高就会小一些，允许的功耗PCM值就可以大些。7.4.3功率管的保护措施一．过热保护过热是指管子产生的热量不能及时散发出去，致使管子温度过高，对管子造成损害，甚至烧毁管子。实施过热保护的常见采用的措施有：在满足所需输出功率的前提下，尽量采用低电源电压；另外，还可加散热装置，改善散热外部环境，提高集电结的允许功耗PCM。7.4.3功率管的保护措施二．过压和过流保护过压、过流是指晶体管的电压、电流超过规定的允许值而造成管子的性能下降或损坏。为了保证功率管的正常运行，可采取适当的保护措施。例如，为了防止由于感性负载而使管子产生过压或过流，可在负载两端并联二极管和电容（或二极管），以抵消感性负载的不利影响.7.5本章小结1.电压放大电路要求有大的电压放大倍数，而功率放大电路要求输出足够大的不失真功率。功率放大电路是在大信号下工作，为了获得最大的不失真的输出功率，功率管一般工作在尽限运用状态，通常采用图解法进行分析。研究的重点是如何在允许的失真情况下，尽可能提高输出功率和效率7.5本章小结2.与甲类功率放大电路相比，乙类互补对称功率放大电路的主要优点是效率高，在理想情况下，其最大效率约为78.5%。而在实际低频功率放大电路中，功率管一般工作在甲乙类状态，可以通过设置适当的偏置电路克服乙类状态下产生的交越失真。7.5本章小结3.甲乙类状态互补对称功率放大电路有OCL电路和OTL电路。前者为双电源供电，后者为单电源供电。4.集成功率放大电路具有体积小、重量轻、工作稳定可靠、性能指标高、外围电路简单、安装调试方便等优点，因而使其运用日趋广泛。