第7章 功率放大电路
坏或性能严重恶化,因此,二次击穿是不可逆的。
3. 防止二次击穿的措施
(1)在设计电路时,要设法使晶体管工作在安全区 以内,而且还要留有余地。例如增大功率余量,改善散 热情况,选用较低的电源电压。
(2)使用时要尽量避免产生过压和过流的可能性, 不要将负载开路或短路,不要突然加强信号,同时不允 许电源电压有很大波动。
散热器 晶体管
(a) 齿轮形
晶体管 散热器
(b) 指状形
晶体管
散热器
(c) 板条形
7.5.2 功率管的二次击穿 1. 二次击穿现象
iC
iC
低电压大电流状态
B 0
二次击穿
A 一次击穿
uCE
0
S/B曲线 IB>0 IB=0 IB<0
uCE
(a) 二次击穿现象
(b) 二次击穿临界特性曲线
2. 二次击穿产生的原因
7.2.3 复合管互补功率放大电路
1、复合管
推动管
IC1
IB IE1 =IB2
输出管
IC
IC2
IE
IC IC1 IC2 1IB1 2IB2 1IB1 2IE1 1IB1 2(1 1)IB1 (1 2 12 )IB1 12IB1
增加复合管的目的:扩大电流的驱动能力。
c
c
ib
iC
静态时:
+ VCC
ui = 0V ic1、ic2均=0(乙 类工作状态) uo = 0V
动态时:
ui
Tic11 uo
ui > 0V ui 0V
T1导通,T2截止 iL= ic1 ;
T1截止,T2导通 iL=ic2
T2
RL
ic2
-V CC
T1、T2两个管子交替工作,在负载上得到完整的正弦波。
组合特性分析——图解法
V11、V12 用于消除交越失真 V8、V10 构成 PNP 准互补对称
3. 实际应用电路
7.5 功率器件
7.5.1 功率管的散热
1. 热阻
环境 A
外壳C 管芯J
环境 A
散热器S
(a)晶体管的散热示意图
J
Tj
PC
R
Tc
Rjc
C
Rcs
Rca
S Rsa
A
(b)晶体管的散热等效电路
2. 晶体管的散热计算
T1 uo
T2
RL
-V CC
7.2.2 OTL乙类互补对称功率放大电路
静态时,T1、T2 导通,VCC对电容充电,电容两端的电压为VCC /2。
动态时,当输入信号处于正半周时,T1导通,T2截止,ie1流过负载, 产生uo,同时对电容充电。 当输入信号为负半周时,T1截止,T2导通,电容放电,产生电流ie2 通过负 载RL,按图中方向由下到上,与假设正方向相反。
根据有信号输入时,管子在一个周期内导通时间的不同,功 率放大电路的输出级可以分为甲类、乙类、甲乙类、丙类、丁类。
甲类:Q点适中,在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。静态电流大
于0,管耗大,效率低。
乙类:静态电流为0,BJT只在
iC
正弦信号的半个周期内均导通。
静态电流等于0,效率高。
甲乙类:介于两者之间,
18 27 36 4负反馈
1. 8 开路时,
Au = 20 (负反馈最强)
1. 8 交流短路
Au = 200 (负反馈最弱)
V1、V6 :射级跟随器,高 Ri
V2、V4:双端输入单端输出差分电路
V3、V5:恒流源负载
V7 为驱动级(I0 为恒流源负载)
V7 ~ V12:功率放大电路
b
T1
ib
iC
b
T1
复合NPN型
ib
b
T2 ie
ec
iC
T
复合PNP型
b
T2 ie
ec
iC ib
T
ie
1 2
ie
e
e
晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。
复合管的特点
•复合管的β是两个管β1、β2的乘积。 •复合管的管型取决于推动管。 •使用复合管时,要注意的问题是:输出管的输入 电流应与推动管的输出电流一致。
别为二极管D1、 D2的正向导通
D1
压降,致使两管均处于微弱导 通状态——甲乙类工作状态
ui
动态时:设 ui 加入正弦信号。正半
D2
周 T2 截止,T1 基极电位进一步
提高,进入良好的导通状态;负 半周T1截止,T2 基极电位进一步
R2
降低,进入良好的导通状态。
T1 uo
RL
T2
- VCC
波形关系:
特点:存在较小的静态
iB
iB
电流 ICQ 、IBQ 。
每管导通时间大
于半个周期,基
IBQ
本不失真。
uBE
t
uB1
iC
t UT ICQ
iC VCC /RE ib IBQ Q VCC uce
7.4 集成功率放大器
7.4.1 LM386 集成功放及其应用
1. 典型应用参数: 直流电源: 4 12 V 额定功率: 660 mW 带 宽: 300 kHz 输入阻抗: 50 k
uCE
PCM ICQVCC
三极管的极限工作区
7.2 乙类互补对称功率放大电路
7.2.1 OCL乙类互补对称功率放大电路
一. 结构
互补对称: 电路中采用两个晶
体管:NPN、PNP各 ui
一支; 两管特性一致。组
+ VCC
T1 uo
T2
RL
成互补对称式射极输 出器。
-V CC
二、工作原理(设ui为正弦波)
uCE
静态时管耗最大,即 PT max PV VCC ICQ
效率
Po
1 2
IomUom
IomUom
PV ICQVCC 2ICQVCC
最高效率
max
Pom PV
50%
甲类功率放大器存在的缺点:
• 输出功率小 • 静态功率大,效率低
功放管的选择
ICM 2ICQ
U(BR)CEO 2VCC
用PT1对Uom求导,并令导数=0,得出:
PT1max发生在Uom=0.64VCC处。
将Uom=0.64VCC代入PT1表达式:
PT1max
0.2VCC2 2RL
0.2Pom
选功率管的原则:
1. PCM PT1max =0.2PoM
PoM
VCC2 2RL
2.U(BR)CEO 2VCC ui
+ VCC
PV 4 VCC
3.效率
最高效率max
Uom
VCC
时,
max
4
78.5%
四.三极管的最大管耗
在乙类互补对称功放中,由于直流电源提供的功率一部分转化 为负载上的输出功率,其余部分全部消耗在管子上,因此T1、T2上 的总管耗为:
PT
PV
PO
2 RL
VCCUom
U
2 om
4
问:Uom=? PT1最大, PT1max=?
过电压区 过损耗区 它们的位置如图所示。
三极管的极限工作区
2、电流、电压信号比较大,必须注意防止波形失真。 3、电源提供的能量应尽可能多地转换给负载,尽量减少
晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率()。
PV = PT Po
PO 100%
PV
PT :耗散在功率管上的功率,成为管耗 Po: 负载上得到的交流信号功率。 PV :电源提供的直流功率。 4、功放管散热和保护问题
POM
1 (VCC 2
U CES )2 RL
9.8W
ui
电源提供的功率和效率为:
PV
2VCC
(VCC
U CES ) RL
13.4W
POm 100 % 73%
PV
VCC
io RL uo
VCC
输入输出波形图 ui
uo ´
死区电压
uo
ui
uo
交越失真
+ VCC
T1 uo
T2
RL
-V CC
于是两个三极管一个正半周,一个负 半周轮流导电,在负载上将正半周和负半 周合成在一起,得到一个完整的不失真波 ui 形。
VCC
C RL uo
和双电源供电的乙类功率放大器的计算公式的唯一区别是
电源电压,只要将原公式中的 VCC 用
VCC 2
取代即可。
例题:在OTL和OCL电路中,VCC均为15V,RL=10Ω, UCES=1V,分别求两电路最大不失真输出时的最大输出 功率、电源提供的功率、效率。
例: 扩音系统
信
电
功
号
压
率
提
放
放
取
大
大
7.1.1 功率放大电路的特点
1、输出功率尽可能大
一样分在有大放功大确率U区(定三B、R极过的)过C饱管E电,电O和的所流超区压输决区过、区出定截是此特由。止由值性c区、中最,外e,大β间,除允将的从了许明使击与用集显穿普和电下通电安三极降压全极电。角管流
度还分过有电流区过损耗区由集电极功耗PCM所决定。
解:在OTL电路中,最大不失真 输出时最大输出功率为:
VCC
POm
1
(VCC 2
2
U CES ) 2 RL
2W
电源提供的功率和效率为:
PV
VCC
(VCC 2
U CES ) RL
3W
ui
io C
RL uo
POm 100 % 67%
PV
在OCL电路中,最大不失真 输出时最大输出功率为: