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
Uom,则可得
Pom,
Pom=RLUom2
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=PVPom×100%
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
ICM,管压降的最大值
接近c-e反向击穿电压
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
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
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=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
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
静态下:
IBQ=RbUCC−UBEQ
ICQ=βIBQ
UCEQ=VCC
动态下:
RL′=(N2N1)2RL
UCE=−iCRL′
管压降是静态电压和动态电压叠加,所以会大于电源电压。
2VCC:交流电压最大值大于
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
ICQ(交流部分平均为0)。
- 输入信号增大,电源提供的功率不变(
PV=VCCICQ),效率增大(
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。
结构:
- (1)
T1、T2的管型,输入输出特性完全相同。
- (2)采用共射输出方式。
- (3)一个直流电源,采用单电源供电。
- (4)与负载的耦合方式:变压器耦合。
静态:
-
UB=UE=0,管子处于截止状态。
动态
- 信号的正半周
T1导通、
T2截止(故为乙类);负半周
T2导通、
T1截止。两只管子交替工作,称为“推挽”。设
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。
A.d.b OTL(无输出变压器)电路
因变压器耦合功放笨重、自身损耗大,故选用OTL电路。
- (1)看管子:
T1采用NPN型;
T2采用PNP型。
- (2)看输出方式:共集输出
- (3)看供电:单电源供电
- (4)静态:
uI=UB=UE=+2VCC
输入电压的正半周:
+VCC→T1→C→RL→地。此时C充电。
输入电压负半周:
C的“+”→T2→地→RL→C的“−”。此时C放电。
VCC=UCE+21VCC+Uo
Uom=2
21VCC−UCES
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
静态时,
UEQ=UBQ=0。
输入电压的正半周:
+VCC→T1→RL→地
输入电压的负半周:
地→RL→T2→−VCC
Uom=2
VCC−UCES
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。
输入电压的正半周:
+VCC→T1→RL→T4→地
输入电压的负半周:
+VCC→T2→RL→T3→地
Uom=2
VCC−2UCES
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
RL的情况下,先求出
Uom,则
Pom=RLUom2
然后求出电源的平均功率,
PV=IC(AV)⋅VCC
效率
η=Pom/PV
乙类:交越失真。
输出功率
Uom=2
VCC−UCES
大功率管的
UCES常为2~3V。
Pom=2Rl(VCC−UCES)2
效率
η≤78.5%
晶体管的极限参数
在输出功率最大时,因管压降最小,故管子损耗不大;输出功率最小时,因集电极电流最小,故管子损耗也不大。
管子功耗与输出电压峰值关系为:
PT对
Uom求导,并令其为0,可得
因此,选择晶体管时,其极限参数满足: