第3章 第3讲(功率放大电路).ppt

4.1 功率放大电路的特殊问题 输出功率为主要技术指标。 晶体管起能量转换作用： 电源提供的直流电能转化为由信号控制的输出交变电能。 功率放大简称功放， 与电压放大电路相比较，主要考虑以下问题。 ⑴ 输出大功率 输出功率是指受信号控制的输出交变电压和交变电流的乘积，即负载所得到的功率。 要求功放管输出大电流和电压。 功放管工作在接近极限状态，选择功放管要考虑极限参数。 ⑵ 提高效率 功率放大电路的效率(Efficiency)是指负载得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。 提高效率可以在相同输出功率的条件下，减小能量损耗，减小电源容量，降低成本。 ⑷ 改善热稳定性 原因：集电结上损耗功率大，会引起功放管结温上升，可能会导致管子烧毁。 因此大功率管都要安装散热器，以便获得大的输出功率。 如何提高效率？ 甲类工作状态 管子导通时间为一个周期。在单管放大电路中，为了得到不失真的输出波形，将静态工作点设置在合适位置。 静态时功耗大（ICQ大）。 乙类工作状态 导通时间为半个周期。其工作点设置在截止区。 出现了严重的波形失真。 甲乙类工作状态 导通时间大于半个周期，小于一个周期。其工作点设置靠近截止区。 甲乙类放大，减小了静态功耗，但也出现了严重的波形失真。 功率放大器：希望输出功率大，电源功率消耗少，效率高。 甲乙类和乙类放大：减小了静态功耗，但都出现了严重的波形失真。 为了利用其效率高的优点，克服其削波失真的缺点，通常采用乙类互补对称放大电路。 1. 双电源互补对称电路 双电源互补对称电路又称无输出电容电路，简称OCL(Output Capacitor Less) 电路。 交越失真 由于T1、T2管输入特性存在死区，所以输出波形在信号过零附近产生失真——交越失真。 原因：假设T1、T2的死区电压都是0.6V，那么在输入信号电压|Ui|≤0.6V期间，T1和T2截止，输出电压为零，得到如图所示失真了的波形， 消除交越失真的办法 ⑵ 分析计算 在对互补对称电路进行分析计算时。由于管子在大信号下工作，所以必须利用图解分析进行分析。 ① 输出功率 为了便于观察互补电路中的每个管子的电流电压波形，把T2管特性曲线倒置于T1管特性曲线的右下方，并令二者在UCEQ = VCC处对准，如图所示。 输出功率Po可以根据功率表达式P = U2/R（U是交流有效值）求得，即 理想条件下的最大输出功率 若输入的正弦信号的幅度足够大，并忽略管子的饱和压降UCES。 RL上最大的输出电压幅度Ucem=VCC。在此理想条件下，最大输出功率为 ② 效率 输出功率占电源供给功率的比率称为效率，用η表示，η=PO/PV。 由于每个电源只提供半个周期的电流，所以总电源功率PV为：2*VCC *ICV ② 效率 在理想情况下，Ucem=VCC，则最大效率为 ③ 功率管的选择 消耗在晶体管的功率PT=PV－PO，由于PO与PV均与输出信号的幅值有关，故PT也随之变化。 为了求出何时管耗最大，令 功率管的要求 若想得到预期的最大输出功率，则功率管的有关参数应满足下列条件： ⑴每只功率管的最大管耗PCM≥0.2POmax； ⑵功率管c-e极间的最大压降为2VCC，所以应选|U(BR)CEO|2VCC； ⑶功率管的最大集电极电流为VCC/RL，因此晶体管的ICM不宜低于此值。 2. 复合互补对称电路 ⑴ 复合管(Darlington Connection) 存在的问题：大功率输出极的工作电流大，而一般大功率管的电流放大系数都较小。 通常采用所谓“复合管”的办法来解决。 设有两只晶体管，把前一只管的集电极或发射极接到下一只管的基极，这种连接所形成的晶体管组合称为复合管 复合管构成规则 iB向管内流的复合管等效为NPN管； iB向管外流的复合管等效为PNP管； iB的流向由T1管的基极电流决定，即由T1管的类型决定。 必须保证每只管各电极的电流都能顺着各个管的正常工作方向流动；否则将是错误的。 ⑵ 准互补对称电路(Quasi Complementary Emitter Follower) 互补对称电路中，两个输出管是互补工作的，因而要求两管为不同类型，一个为NPN型，而另一个则为PNP型。 为了满足电路对称就要求两管特性一致。 这对NPN和PNP两种大功率管来说，一般是难以实现的，尤其是当一个是硅管另一个是锗管时，若要两管特性一致，最好使T3和T4是同一种型号的管子。 3. 单电源互补对称电路 ⑴ 电路组成 双电源互补对称电路，需要两个独立电源，这给使用上带来不方便。 所以实用上常采用单电源互补对称电路，如图6-9所示。它去掉了负电源，接入一个电容C，称为无输出变压器电路，简称OTL(Out