(二十四)【模电】(第八章 功率放大电路) |
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A 概述A.a 功率放大电路研究的问题A.b 对功率放大电路的要求A.c 晶体管的工作方式A.d 功率放大电路的种类A.d.a 变压器耦合功率放大电路A.d.b OTL(无输出变压器)电路A.d.c OCL(无输出电容)电路A.d.d BTL电路
B 互补输出级的分析计算
A 概述
A.a 功率放大电路研究的问题
1 性能指标: 最大输出功率和转换效率。 若已知 U o m U_{om} Uom,则可得 P o m P_{om} Pom, P o m = U o m 2 R L P_{om}=\frac{U_{om}^2}{R_L} Pom=RLUom2 U o m U_{om} Uom称为最大不失真输出电压有效值。 最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。 转换效率eta: η = P o m P V × 100 % \eta=\frac{P_{om}}{P_V}\times 100\% η=PVPom×100% P V P_V PV为直流功率 2 分析方法:因大信号作用,故应采用图解法。 3 晶体管选用:根据极限参数选择晶体管。 在功放中,晶体管集电极或发射极电流最大值接近最大集电极电流 I C M I_{CM} ICM,管压降的最大值接近c-e反向击穿电压 U ( B R ) C E O U_{(BR)CEO} U(BR)CEO,集电极消耗功率的最大值接近集电极最大耗散功率 P C M P_{CM} PCM。称为工作在尽限状态。 A.b 对功率放大电路的要求1 输出功率尽可能大:即在电源电压一定的情况下,最大不失真输出电压 U o m U_{om} Uom(有效值)最大。 2 效率尽可能高:即电路损耗的直流功率尽可能小,静态时功放管的集电极电流近似为0。 A.c 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。 θ = 2 π \theta=2\pi θ=2π 2 乙类方式:晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 θ = π \theta=\pi θ=π 3 甲乙类方式:晶体管在信号的多半个周期处于导通状态。 A.d 功率放大电路的种类 A.d.a 变压器耦合功率放大电路
I C Q = β I B Q I_{CQ}=\beta I_{BQ} ICQ=βIBQ U C E Q = V C C U_{CEQ}=V_{CC} UCEQ=VCC
管压降是静态电压和动态电压叠加,所以会大于电源电压。 2 V C C 2V_{CC} 2VCC:交流电压最大值大于 V C C V_{CC} VCC那么图中左边就会失真。 输入信号增大,输出功率将增大输入信号增大,管子的平均电流不变,等于 I C Q I_{CQ} ICQ(交流部分平均为0)。输入信号增大,电源提供的功率不变( P V = V C C I C Q P_V=V_{CC}I_{CQ} PV=VCCICQ),效率增大( P o m P_{om} Pom增大)。输入信号为零时,效率为0,但是电源提供的功率不为零。
静态: U B = U E = 0 U_B=U_E=0 UB=UE=0,管子处于截止状态。动态 信号的正半周 T 1 T_1 T1导通、 T 2 T_2 T2截止(故为乙类);负半周 T 2 T_2 T2导通、 T 1 T_1 T1截止。两只管子交替工作,称为“推挽”。设 β \beta β为常量,则负载上可获得正弦波。输入信号越大,电源提供的功率也越大。![]() 因变压器耦合功放笨重、自身损耗大,故选用OTL电路。 ![]() U o m = 1 2 V C C − U C E S 2 U_{om}=\frac{\frac{1}{2}V_{CC}-U_{CES}}{\sqrt{2}} Uom=2 21VCC−UCES P o m = U o m 2 R L P_{om}=\frac{U_{om}^2}{R_L} Pom=RLUom2 C要足够大才能认为其对交流信号相当于短路。 OTL电路低频特性差。 A.d.c OCL(无输出电容)电路直接耦合 U o m = V C C − U C E S 2 U_{om}=\frac{V_{CC}-U_{CES}}{\sqrt{2}} Uom=2 VCC−UCES P o m a x = U o m 2 R L P_{omax}=\frac{U_{om}^2}{R_L} Pomax=RLUom2 两只管子交替导通,两路电源交替供电,双向跟随。 A.d.d BTL电路特点: 双端输入、双端输出形式,输入信号、负载电阻均无接地点。管子多,损耗大,使效率低。
U o m = V C C − 2 U C E S 2 U_{om}=\frac{V_{CC}-2U_{CES}}{\sqrt{2}} Uom=2 VCC−2UCES P o m = U o m 2 R L P_{om}=\frac{U_{om}^2}{R_L} Pom=RLUom2 几种电路的比较 变压器耦合乙类推挽:单电源供电,笨重,效率低,低频特性差。 OTL电路:单电源供电,低频特性差。 OCL电路:双电源供电,效率高,低频特性好。 BTL电路:单电源供电,低频特性好;双端输入双端输出。 B 互补输出级的分析计算以OCL电路为例 求解输出功率和效率的方法 在已知 R L R_L RL的情况下,先求出 U o m U_{om} Uom,则 P o m = U o m 2 R L P_{om}=\frac{U_{om}^2}{R_L} Pom=RLUom2 然后求出电源的平均功率, P V = I C ( A V ) ⋅ V C C P_V=I_{C(AV)} \cdot V_{CC} PV=IC(AV)⋅VCC 效率 η = P o m / P V \eta=P_{om}/P_V η=Pom/PV 乙类:交越失真。 P o m = ( V C C − U C E S ) 2 2 R l P_{om}=\frac{(V_{CC}-U_{CES})^2}{2R_l} Pom=2Rl(VCC−UCES)2 效率 η ≤ 78.5 % \eta\le 78.5\% η≤78.5% 晶体管的极限参数 因此,选择晶体管时,其极限参数满足: |
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