第3章生物医学常用放大器第4节功率放大器剖析.ppt

第四节 功率放大器 一、功率放大器的特点和分类 1.1 特点 1.2 分类 二、互补对称功率放大器 2.1 OCL互补对称放大器工作原理 2.2 交越失真及解决方法 2.3 OTL互补对称功率放大器工作原理 第三章 生物医学常用放大器 功率放大电路以获得最大输出功率为目标，即不仅要求足够大的电压变化量，而且还要求足够大的电流变化量，它能高效地把直流电能转化为按输入信号变化的交流电能，即能够向负载提供足够输出功率的电路称为功率放大器，简称功放。 一、功率放大器的特点和分类 1．功率放大器工作特点 （1）在不失真情况下能输出尽可能大的功率。 在选择功放管时要特别注意集电极最大允许电流ICM、管压降最大值UCEO、最大耗散功率PCM等极限参数的选择，以确保管子安全工作。 Ic uce PCM ICM UCEM 注意：功放电路中电流、电压值都比较大，电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 （2）效率要高。 功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率，用公式表示： Pom : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率 （3）尽量减小非线性失真。由于功率放大器处于大信号工作状态，输出电压和电流的变化幅度较大，有可能超出特性曲线的线性范围，容易产生非线性失真。 （4）分析方法。功率放大器处于大信号极限工作状态，必须采用图解分析法。 （5）功放管散热问题 由于功率放大器的工作电压、电流都很大，管耗大，使管子本身升温发热。当管子温度升高到一定程度（锗管一般为 75 — 90 ℃ ，硅管为 150 ℃）后，就会损坏晶体结构。因此，应采取散热措施，通常是给功放管加装由铜、铝等导热性能良好的金属材料制成的散热片子（板），加装了散热片的功放管可充分发挥管子的潜力，增加输出功率而不损坏管子。 2. 功率放大器的分类 通常按静态工作点在交流负载线上的位置不同，功率放大器可分为甲类、乙类和甲乙类等三种工作状态。如图所示： 晶体管的工作方式 1. 甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态 2. 乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 3. 甲乙类方式：晶体管在信号的半个多周期处于导通状态 静态工作点位于负载线的中点，在输入信号的整个周期内都有电流流过三极管。 输入交流信号为零时，直流电源仍提供有IC和UCE。电源提供的功率PE全部消耗在管子和电阻上。 当有交流输入信号加入时，电源功率一部分转换为有用的输出功率，另一部分转换为管耗。 其特点为工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。 （1）甲类功率放大器特点 （2）乙类功率放大器特点 静态时IC＝0，乙类放大器的管耗基本为零。当有交流信号输入后，电源供给的直流功率大部分转换为交流输出，效率提高了。 在乙类工作状态时，加入输入信号的整个周期内，放大器只在半个周期内导通，另半个周期则截止，波形产生了严重的失真。 其特点为静态电流为零，管耗小，效率高。 甲乙类功率放大器的静态工作点位于甲类和乙类之间，靠近截止区，在这种情况下，静态值IC较小，功放管的静态功耗也较小。 电路加入交流输入信号后，电压、电流波形在负半周也产生了失真。 其特点为静态电流小 ，管耗小，效率高。 （3）甲乙类功率放大器特点 1. 功率管的工作类型 类别 特点 Q 点 波 形 甲类 无失真 效率低 ICQ 较大 Q 较高 甲乙类 有失真 效率高 ICQ 小 Q 较低 乙类 失真大 效率最高 ICQ = 0 Q 最低 ?t iC O ICQ iC O ICQ ?t ?t iC O ICQ 小结 乙类工作状态失真最大，静态电流为零 ，管耗最小，效率高。 甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。 甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。 引入原因：在甲乙类和乙类状态下工作时，虽然提高了功率放大器效率，但产生了严重的失真。 目标：既要保证静态时管耗小，又要输出失真小。 工作在乙类或甲乙类状态的互补对称功率放大器。 二、互补对称功率放大器 2.1 OCL互补对称放大器工作原理Output CapacitorLess 静态时Ui=0，T1、T2均截止，UB= UE=0 (1)特征：T1、T2特性理想对称。 (2)静态分析 T的输入特性 理想化特性 （3）动态分析 ui正半周，电流通路为 +VCC→T1→RL→地， uo = ui 两只管子交替工作，两路电源交替