「模拟电子技术基础,廖惜春第4章低频功放B」.pdf

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1、第 4 章 功率放大电路 4.1 教学基本要求 主 要 知 识 点 教 学基本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 低频功率放大电路的特点、分类、效率和失真问题 互补推挽功率放大电路 乙类互补推挽功率放大电路的工作原理及主要性能指标计算 甲乙类互补推挽功放电路工作原理 单电源功率放大电路工作原理 低频功放的能量和效率 功率器件与散热 几种功率器件的特点、功率器件的散热 集成功率放大器 .2 重点和难点 一、重点 1.理解甲类、乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率与静态工作点设置的关系。2乙类功放的工作原理和功率参数计算方法。二、难点 1正确理解乙类和甲乙类低频功率放大器中放大管的电流流通角

2、、波形失真及其解决方法。.乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率计算以及效率的提高。4.3 知识要点 甲类功放及特点 乙类功放及特点 .低频功率放大器 甲乙类功放及特点 主要技术要求 乙类互补对称功率放大器 交越失真及其解决办法 2.互补对称功率放大器 甲乙类互补对称功率放大器 单电源互补对称功率放大器 BTL 功率放大器 本课程中对低频功率放大器的讨论和分析的思路为：先讨论功率放大器的特殊问题 甲类功放电路的组成、原理及其优缺点 提高效率的途径 乙类互补功放电路的组成、原理及其优缺点，功率计算(输出信号交越失真）为了克服交越失真 甲乙类低频功放的组成、原理及其优缺点 需要解决交流输出信号正负

3、半周不对称问题 采用自举电路。然后介绍集成功放以及 B功放电路等。主要内容 4.4.1 功率放大电路的特殊问题 4.4.1.1 功率放大电路的特点和要求 1.在不失真的前提下尽可能地输出较大功率 由于功率放大电路在多级放大电路的输出级,信号幅度较大,功率放大管往往工作在极限状态。功率放大器的主要任务是为额定负载LR提供不失真的输出功率，同时需要考虑功率放大管的失真、功率放大管的安全(即极限参数CMP、CMI、CEO(BR)U)和散热等问题。2具有较高的效率 由于功率放大电路输出功率较大，所以,效率问题是功率放大电路的主要问题。3 存在非线性失真 功率放大器中,功率放大器件处于大信号工作状态，由

4、于器件的非线性特性,产生的非线性失真比小信号放大电路产生的失真严重许多，非线性失真常用非线性失真系数 D 表示。当输入信号为正弦波时,设输出信号的基波功率为o1P，其他各次失真谐波分量的功率分别为o2P、o2PonP,则 D 定义为 2om12omn2om32om22om12omn2om32om2o1ono3o2UUUUIIIIPPPPD (4-）4.采用图解法分析 由于功率放大器件处于大信号工作状态，已不属于线性电路的范围，因此不能采用线性电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等性能指标作近似估算。4.1.2 提高功率放大电路效率的主要途径 为提高效率、降低损耗，应从两方面考虑:一

5、是增加放大电路的动态工作范围来增加输出功率;二是减少电源供给的功率,即在CCU一定时使静态电流CI减小,也就是将静态工作点沿交流负载线下移,从而减小功率器件的损耗。但输出信号的大小由实际情况决定，故需要通过降低静态工作电流,即降低静态工作点的方法来降低损耗，但同时需要解决失真问题。44.2 乙类互补对称功率放大电路.无输出电容的双电源互补对称功率放大电路(OCL)图 4-a 所示为无输出电容(OCL）乙类双电源互补对称功率放大电路原理图。1T为 NPN 管，2T为NP 管，要求1T、2T的特性对称一致。由于没有设置基极偏置电压,故BI、CI、BEU均为零,是乙类CCUCCULR1T2Tiuou

6、（a）电路原理图1ci2ciiu0t1ci2ciou图4-1 乙类双电源OCL功率放大电路0t0t0t（b)输入输出波形图2222工作状态。从电路形式看，两个三极管都接成射极输出器的形式,具有iouu，输入电阻高,输出电阻低的特点。假定tUusinimi，当iu为正半波时1T导通、2T截止，流过LR的电流为1ci,iouu。当iu为负半波时，2T导通、1T截止,流过LR的电流为2ci,由于1T、2T对称,2c1cii，iouu。由此可见，在输入信号iu的一个周期内,1T、2T交替导通,互相补足,故称为互补对称功率放大电路。电流1ci、2ci以正反不同的方向交替流过负载LR，在LR上得到一个完整

7、的正弦输出信号ou，如图 4-1b 所示。图 4-2 为采用图解法分析的双电源OCL功率放大电路的波形图,从图可知,输出电压的最大不失真输出幅值为CESCC(max)cemom(max)UUUU。1Ci1CEu0QCCU2CEu0CCU1Cit0ABcmIcm(max)IcemUm(max)ceUCESUt2CiQCCU2Cit20图4-2 乙类双电源OCL功率放大电路的波形图 4.4.2.功率参数分析 1.输出功率oP 若用正弦信号的幅值表示，则输出功率为 L2omL2cemcmcemcmcemo21212122RURUIUIUP （4）输出ou（即输入iu）的幅度越大，负载上输出的功率也越

8、大。当输出maxou且波形不失真时,其值为CESCCom(max)UUU，此时输出功率也最大。故最大不失真输出功率为：L2CCL2CESCCom21)(21RURUUP (4-）.管耗1TP、2TP 管耗是指流过每只功率管瞬时电流Ci与管压降CEu的乘积在一个周期内的平均值，由于每只管子各导通半周,故有:)(dsin)sin(21)(d210LomomCCC0CE1T2TtRtUtUUtiuPP )4(12omomCCLUUUR (4）在理想情况下(即无静态电流，忽略管子饱和压降）,当无输出功率时,即0omU,管耗1TP也为零；当输出电压最大幅值为电源电压时,即CCom(max)UU时,将此参

9、数代入上式,有:omL2CC)1(T137.0)44(CComPRUPUU （4-5）利用求极值的方法,令0d/domT1UP,可求得当CCCCom6.02UUU时，管耗最大值为：omL2CC21(max)T2.01PRUP (4-6)可见，管耗与输出信号呈非线性关系,最大管耗并不是发生在输出信号最大的时刻。3直流电源提供的功率EP 直流电流提供的功率一部分消耗在管子上,一部分提供给负载,故有：LomCCo1TE22RUUPPP （-7）从上式可以看出,输出信号越大,直流电源提供的功率也越大。当输出电压为最大幅度即CCom(max)UU时,将(4-3)、(-5）代入（4-7)式，有:L2CCE

10、(max)2RUP （4-)4.效率 功率放大电路的效率定义为负载获得的平均输出功率和电源供给平均总功率之比。即:CComEo4UUPP (4)从上式可知，输出信号越大，效率越高，当CCom(max)UU时，效率最大。将（43）、（-)代入上（-9)式,有：%5.784 (4-10）5.功率管的选择 由以上的计算可知,若想得到最大功率,每只管子的参数必须满足下列条件：（1）每只管子的最大允许管耗CMP必须大于om1(max)T2.0 PP;（2)当2T导通时，02CEu，此时CC1CE2Uu为最大值，应选用CCCEOBR)2(UU的管子。（）通过管子的最大集电极电流为LCCRU,所选管子的CM

11、I不宜低于此值。4.2.无输出变压器的单电源互补对称功率放大电路（TL)图-3 所示为单电源无输出变压器互补对称功率放大电路的原理图,它利用电容LC的存贮电能的作用代替了负电源。当1T导通时,电容LC被充电，其上电压为2/CCU;当2T导CCULR1T2Tiuou图4-3 乙类OTL功放电路原理图0tiuALC2CCU通时,LC代替电源向2T供电。在整个放大过程中，A 点电压不能下降过多。因此LC的容量必须足够大。工作波形与图 4-1相同。在功率计算和功放管的参数选择时,公式（4-2)（4-9）中的CCU则要用2/CCU代替,其它均不变。4.4.3 甲乙类互补对称功率放大电路 4.1 乙类功放

12、的交越失真 上述的乙类互补对称功放电路存在一个缺点,就是输出电压ou存在失真。因为三极管的输入特性曲线上有一段死区电压,而该电路工作于乙类状态,基极偏置为零。当输入电压尚小而不足以克服死区电压时，三极管基本截止，在这段区域内0ci,0ou,ou在正负半波相交的地方出现了失真，称其为交越失真，如图 4-4 所示。.4.3.消除交越失真的措施 为避免乙类互补对称功放的交越失真，需要采用一定的措施产生一个不大的偏流,使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态,利用图 45 所示电路中1R、2R、3R、1D、2D设置一个不大的偏流，其阻值不宜过大。1D、2D的导通电压和三极管1T、2T的死区电压基本

13、相等,以保证1T、2T处于微导通偏置状态,可通过调节2R的大小来调整1T、2T两管的基极之间的电压，使1T、2T工作在输入特性线性区的起始段。正常工作时1D、2D和2R不可以开路。44.33 具有推动级的单电源甲乙类互补对称(L）功率放大电路 图 4-6 所示是具有推动级的单电源互补对称(O）功率放大电路。3T是工作于甲类状态的推动管，1R、2R、1WR是它的分压式偏置电路，调节1WR可改变3CI的数值。3R、4R既是3T的集电极电阻，又是1T、2T的偏置电阻，使1T、2T工作于甲乙类状态,避免交越失真。4R、1D、2D上并联旁路电容2C的目的，是在动态时保证1T、2T的基极交流电位相等，否则将会造成输出波形的正负半波不对称。1eR、2eR分别为1T、2T的发射极反馈电阻,稳定1T、2T的射极电流,从而达到稳定输出电压的目的。iu图4-4 乙类功放电路的交越失真ou0t0tiuou1R2D2R1DCCU1T2T3RCCULR图4-5 甲乙类OCL功放电路CCUAiuou1R2D2R1D1T2T3R1CLR2C1eRLC3eC2eR3eR1WR4R3T图4-6 具有推动级的OTL功放电路