电路与电子学基础作者陈利永第十一章课件.ppt

* * 第11章 功率放大器 学习要点： 1.用图解法进行功率放大器的分析。 2.各种类型的功率放大器。 11.1 功率放大器的特点 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。 放大电路的实质是能量的转换和控制电路。从能量转换和控制的角度来看，功率放大器和电压放大器没有什么本质的区别，电压放大器和功放电路的主要差别是所完成的任务不同。 11.1.1 功率放大电路的特殊问题 功放电路是放大输入功率。不仅要追求输出高电压，且要追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。 1．尽量大的输出功率 为了实现尽量大的输出功率，要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，因此，三极管往往工作在极限的状态下。 2．尽量提高功率转换的效率 放大器在输入信号的作用下向负载提供的输出功率是由直流电源转换来的。在转换时，管子和电路中的耗能元件均要消耗功率，设放大器的输出功率为Po，电源消耗的功率为PE，则功放电路的效率为 3．允许适当的非线性失真 工作在大信号极限状态下的三极管，不可避免地会产生非线性失真，且同一个三极管，输出功率愈大，非线性失真愈严重，功放管的非线性失真和输出功率是一对矛盾。在不同的应用场合处理这对矛盾的方法不相同。 4．功放管的散热 在功率放大器中，因功放管的集电极电流较大，所以，功放管的集电极将消耗大量的功率，使功放管的集电极温度升高。为了保护功放管不因温度太高而损坏，必须采用适当的措施对功放管进行散热。 11.1.2 功率放大器的工作状态 1．甲类工作状态 甲类功率放大器的最高效率 2．乙类工作状态 3．甲乙类工作状态 9.2 乙类互补对称功率放大器 9.2.1 OCL功放电路的组成 9.2.2 交越失真的消除方法 11.2.3 OCL功放电路晶体管的选择 在功放电路中，为了保证功放管的安全运行，功放管所承受的最大管压降、集电极最大电流和最大功耗等参数应满足电路的要求。这些参数是选择功放管的依据，下面来介绍OCL功放电路晶体管选择的原则。 1．最大管压降 从OCL功放电路的工作原理可知，在两只功放管中，处在截止状态的那只三极管将承受更大的管压降。 2．集电极最大电流 由OCL功放电路的工作原理可得，功放管集电极的最大电流等于负载电流的最大值，因为负载电阻上的最大电压约等于电源电压VCC，所以，功放管集电极电流的最大值为 3．集电极最大功耗 在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转换成输出功率外，其余的部分主要消耗在功放管上。根据能量守恒和转换定律可得集电极的功耗PT≈PE-Po。当输入信号为零时，因功放管不导电，功放管所消耗的功率最小；当输入信号最大时，因管压降最小，所以功放管的功耗也是最小。因输入信号为最大和最小时，功放管的功耗都是最小，所以功放管的功耗存在着最大值点，根据高等数学求最大值的方法可求得功放管功耗的最大值。 功放电路中所使用的功放管在参数上除了要满足上述公式的要求外，还要注意功放管的散热问题。功放管常用的散热片结构如图9-7所示。 散热片通常由铝片组成，表面纯化涂黑，有利于热辐射。为利于通风，功放管的散热片通常垂直安装在电路中，在条件许可的情况下，利用电风扇强制通风，可获得更大的耗散功率。 11.2.4 OTL功放电路的组成和工作原理 1．电路的组成 2．工作原理 该电路的工作原理是：当正半周信号输入时，功放管VT1导通，VT2截止，VT1通过电容器C输出正半周放大信号的同时，电源也对大容量电容器C充电。充电电流如图中的i1所示；当负半周信号输入时，功放管VT2导通，VT1截止， 电容C通过VT2放电的同时输出负半周放大信号，放电电流如图中的i2所示。 由上面的讨论可见，电路中大容量的电容器C除了是交流信号的耦合电容外，还是功放管VT2的供电电源。 【例11-1】设如图所示电路的R1=R4=120Ω，R2=R3=100Ω，电源电压Vcc=3V，负载电阻RL=8Ω，求静态时A、B、C各点的电位值；在理想情况下输出信号功率的最大值POM和电路的转换效率η。 【解】因为静态时，两个功放管均处在导通边缘的截止状态，电源电压通过电阻分压电路对电容器C充电，根据电路对称性的特点可得，电容器C上的电压值为电源电压的一半，所以静态时B点的电位值为1.5V，A点的电位值为2.2V，C点的电位值为0.8V。因B点的电位值为1/2的电源电压值，所以，输出交流信号的最大值也是电源电压值的一半，将Uem=Vcc/2的结论代入9-4和9-6式可得 11.3 集成功率放大电路 随着集成电路技术的发展，集成功率放大电路的产品越来越多， 由图可见，