第4章 功率放大器及其应用 电子技术（第2版_）课件.ppt

* 第 4 章　功率放大器及其应用 第 4 章　功率放大器及其应用 功率放大器 功率放大器的应用 本章小结 功率放大器简称功放，是一种向负载提供功率的放大器。一般多级放大器总要带动一定的负载，如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出一定的功率，因而一般多级放大器最后一级都要设置为功率放大器。 差分放大器 功率放大器，提供较强输出功率（电流）以驱动负载 多级放大器 OUT 4.1 功率放大器 主要要求： 1.掌握功率放大器的分类 2.了解功率放大器的工作原理 3.了解功率放大器的基本参数及应用 功率放大器的基本特点 1.输出功率足够大 放大器实质都是将电源的直流功率转化为负载输出的交变功率，转换效率是其重要性能指标，效率高、损耗小才是理想的功放。 功放的工作于大信号输入状态，无法使用小信号的微变等效方法。 消耗的那部分功率以热能形式散发。 2.效率尽可能高 3.非线性失真尽可能小 4.散热须良好 5.分析应用图解法，微变等效电路法不适用 4.1.1 　甲类功率放大器 按照功放管的静态工作点位置不同，其工作状态可以分为甲类、乙类和甲乙类放大等形式。 Q点在放大区 正中央 Q点在放大区 与截止区临界 Q点在放大区 但接近截至区 导通角2π 导通角π 导通角π～2π 1.阻容耦合放大器 三极管T的静态工作点位置必须居中，即工作于甲类放大状态，只有这样才能保证输出的电流、电压在线性放大区有最大摆动幅度，才输出最大不失真功率。 A 功放的最大不失真输出功率是指在正弦信号输入下，失真不超过额定要求时，电路输出最大信号功率，用最大输出电压有效值和最大输出电流的乘积表示。 输出断路测量时， Ucem表示最大不失真的集电极－发射极正弦电压幅值，Icm表示集电极正弦电流的幅值。 Pom为三角形ABQ的面积 效率是功放的重要参数，是指负载得到的信号功率和电源供给的功率比值的百分数，即η＝Pom/PV，其中PV为直流电源提供的功率，为 功放工作在甲类状态时电源供给功率与输出信号电流iC无关。即无论有无信号输入输出，电源供给功率是固定的。 管耗即功放管消耗的功率，主要发生在发射极上，称为集电极耗散功率PT。 此式说明电源供给功率由输出信号功率和管耗两部分组成，未加输入信号时管耗最大达到UCEQICQ，有信号输入则管耗减小，减小的部分就是输出功率Pom。 例4.1.1 电路如下，UCC＝12V，RL为一只8Ω的扬声器，求最大不失真输出功率、效率及功耗。 [解] 静态工作点为 Q点 20μA 交流负载线上可知，最大不失真的Icm=20mA，Ucem=0.16V，故有 虚线是更为理想的交流负载线 2.变压器耦合单管功率放大器 利用变压器的阻抗变换作用，可将负载电阻RL换算到变压器一次侧，对于理想变压器来说 可以利用上式把交流负载电阻变换成所需数值。变压器的一次绕组直流电阻很小，Re电阻很小，故直流负载线几乎是竖直的，交横轴uCE于UCC点。 可见其交流通路中，有 Transformer 交流负载线斜率-1/n2RL，交横轴于2UCC，交纵轴于2ICQ。此时输出功率最大，为 此时效率也最大，为 以上推倒过程均为理想状况下，故而可见甲类功放最高效率只有50%，一般变压器也存在损耗，以及管子饱和压降、Re上的压降等原因，实际效率还低得多。 4.1.2 　推挽功率放大器 欲提高功放效率，一是增加放大电路的动态范围以增加输出功率，二是减小电源供给功率，即是要求在UCC一定条件下减少静态电流ICQ，此时通常采用乙类或甲乙类推挽功放。 为了防止降低单管Q点位置可能出现削波失真，需要NPN与PNP两个对管交替的放大，一推一拉，输出信号由两管输出信号拼接而成，故名推挽式功放。 互补的、参数对称的对管。 1.电路组成与工作原理 当输入正弦信号时，正半周信号使VT1导通、VT2截止，负载上输出半个正弦波；负半周信号使VT1截止、VT2导通，负载上输出另半个正弦波。 上述推挽功放中对管工作于甲乙类状态，而不是乙类状态，这是为了减少“交越失真”。 为了减少交越失真，可使对管工作点稍高于截止点，即在两管的发射结加上很小的正偏压，各管都有一个很小的静态电流IC，放大器工作于甲乙类状态，而不会对效率有很大影响。 由于乙类状态中，三极管静态Q点在截止点，没有基极偏流，而管子的输入特性有一段死区，且特性开始部分非线性比较严重，在两管交替工作时则有图（a）所示的交越失真现象。 2.输出功率、效率的估算 在忽略静态电流IC、饱和压降UCES和穿透电流ICEO条件下，可将理想对管按乙类估算，且只分析一个管子的情况就可以了。 则最大输出功率为 UCES≈0，可以忽略。 直流电源供给功率为 可见，电源供给的功率随输入、输出信号的大小自动调节，显然效率要高于甲类功放。则电路在最大输出功率时的