我要投搞

标签云

收藏小站

爱尚经典语录、名言、句子、散文、日志、唯美图片

当前位置:87654品特轩开奖结果 > 弧顶 >

模拟电子电路4-4

归档日期:06-12       文本归类:弧顶      文章编辑:爱尚语录

  模拟电子电路4-4_工学_高等教育_教育专区。4.5 功率输出级电路 4.5.1 功率放大器的特点、指标和分类 功率放大器的特点、 4.5.2 互补推挽乙类功率放大器 4.5.3 其他乙类推挽功率放大器 4.5.4 MOS输出级电路 输出级电路

  4.5 功率输出级电路 4.5.1 功率放大器的特点、指标和分类 功率放大器的特点、 4.5.2 互补推挽乙类功率放大器 4.5.3 其他乙类推挽功率放大器 4.5.4 MOS输出级电路 输出级电路 4.5.5 达林顿组态 休息1 休息2 返回 4.5.1 功率放大器的特点、指标和分类 功率放大器的特点、 1. 功放的特点和指标 休息1 休息2 (1) 功率放大器的基本任务是向额定的负载 L,输出额定的“不失真” 功率放大器的基本任务是向额定的负载R 输出额定的“不失真” 信号功率。 信号功率。 (2) 要求电源提供的直流功率尽可能地转换为负载上的信号功率,而其 要求电源提供的直流功率尽可能地转换为负载上的信号功率, 他各种耗散功率(如管子、电阻以发热的形式消耗的功率) 他各种耗散功率(如管子、电阻以发热的形式消耗的功率)应尽可能 的少。 的少。 P 输出信号的平均功率 η= = o 定义功率放大器的效率η为 定义功率放大器的效率 为: PE 电 源 提 供 的 平 均 总功 率 通常把晶体管耗散功率和电路的损耗功率统称为耗散功率P 通常把晶体管耗散功率和电路的损耗功率统称为耗散功率 T,根据能 量守恒的原则有: 所以功率放大器的效率也可表示为: 量守恒的原则有:PE = Po+PT ,所以功率放大器的效率也可表示为: η=Po/(Po +PT)。 = 。 (3) 非线性失真的大小可以用非线性失真系数D来衡量。 非线性失真的大小可以用非线性失真系数 来衡量。 来衡量 D= Po 2 + Po 3 + ? ? ? = Po1 2 2 I o2m 2 + I o2m 3 + ? ? ? U om2 + U om3 + ? ? ? = 2 2 I om1 U om1 (4) 功放中的晶体管往往工作在接近极限参数状态,需要合理选择功放 功放中的晶体管往往工作在接近极限参数状态 晶体管往往工作在接近极限参数状态, 的电源电压,合理选择工作点使其安全工作。 的电源电压,合理选择工作点使其安全工作。 (5) 由于功放电路工作在大信号状态,已不属于线形电路的范围,不能 由于功放电路工作在大信号状态,已不属于线形电路的范围, 用微变等效电路的分析方法,通常采用图解法作粗略估算。 用微变等效电路的分析方法,通常采用图解法作粗略估算。 返回 2. 功率放大器工作状态的分类 饱和区 (1) 甲(A)类工作状态 ) 在输入信号的整个周期内晶体管始终工作 在线性放大区域。 在线性放大区域。 特点: 设置在放大区中部, 特点: 静态工作点 Q 设置在放大区中部,截止区 输出信号电流正负半周均无失真。 输出信号电流正负半周均无失真。 i ic 放大区 · Q u BE 类工作状态: (2)乙 (B)类工作状态 : ) 类工作状态 c 饱和区 静态工作点设置在截至区边缘, 静态工作点设置在截至区边缘,只有信 号正半周晶体管导通, 号正半周晶体管导通 ,输出信号电流 ic 为半 波脉动波形, 晶体管导通角 = 波脉动波形, 晶体管 导通角 θ= 1800 ·Q 截止区 ic 饱和区 uBE (3) 甲乙 甲乙(AB)类工作状态 类工作状态 静态工作点设置在放大区内, 静态工作点设置在放大区内 , 但接 近截至区, 近截至区, 在信号的大半周期内三极 管导通, 管导通, 导通角 θ> 1800 ·Q 截止区 ic 饱和区 uBE (4) 丙 (C)类工作状态 类工作状态 静态工作点设置在截至区内, 静态工作点设置在截至区内 ,在信号正半 ·Q 周的一部分时间内导通, 周的一部分时间内导通,导角 θ<1800 。 截止区 u BE (4) 晶体管的管耗 PT P T= P E- Po 若设静态工作点正好设置在直流负载线)电源提供的平均功率 E=P E- Pomin )电源提供的平均功率P 最大集电极功耗: 最大集电极功耗: PTmax 为 PE=电源端电压 EC×流过电源的直流 ICQ 电源端电压 流过电源的直流 当输入信号 us=0 时, Po=0 ,所以有 PT= P E 所以有 =ECICQ (2)电路可能的最大交流输出功率 Omax )电路可能的最大交流输出功率P PO=输出电流×输出电压(有效值) 输出电流× 输出电流 输出电压(有效值) Pomax = I cm U cem 1 = I cmU cem 2 2 2 3. 甲类放大器的输出功率 电路仿真 最大不失真输出电压、电流的幅度 最大不失线 U cem = E C ? U CES ≈ E C 2 2 Icm = ICQ ? ICEO ≈ ICQ Pomax ≈ 1 E C I CQ 4 (3)甲类功放的最大效率 为 )甲类功放的最大效率η为 ηmax Pomac 1 = = = 0.25 PE 4 返回 4.5.2 互补推挽乙类功 1. 电路构成及工作原理 (1) 电路组成 ) VT1: NPN 与 RL→ 射随器 VT2: PNP 与 RL→ 射随器 EC=- E, uBE1= uBE2 =-E 静态时 uo =0 =ic1+ic2 (2)工作原理分析: )工作原理分析: 当输入信号 ui 为正弦波时 : ui(正半周 >0,→ VT1 导通, VT2 截至 正半周)> , 导通, 正半周 →uo=ic1RL≈ ui ui0 ,→ VT1 截至 截至,VT2 导通 → →uo=- ic2RL≈ ui VT1 和 VT2 交替工作 →推挽 交替工作→ ui ic1 ic2 io io=ic1+ic2 ui 正弦波→ uo 正弦波→不同极性的 VT1 正弦波→ 正弦波→ 互相补偿→ 和 VT2 互相补偿→ 互补 电路仿线. 电路构成及工作原理 (3) 传输特点 : 传输特点: i: 死区 : ui=±0.5V 范围 死区: 产生非线性失真→交越失真 产生非线 ii: 跟随区: 跟随区: 斜率≈1( ,射随器特性 斜率 ( 因为 ui≈uo) 射随器特性 , uiUon1 →正跟随区 正跟随区 ui- Uon2, →负跟随区 - 负跟随区 线性区 iii: 正 负 区: VT1 区: VT2 跟 随 区 Uon2 Uon1 死区 区 跟 随 区 uo 电路仿真 区 区电 : uo=EC- UCE1(sat) 区电 : uo= EE+UCE2(sat) 失真 ui 产生非线性失真→ 产生非线. 电路构成及工作原理 ( 4)甲乙类互补推挽电路 ) 减少交越失真方法 : 减少交越失线 提供 方法 一定量的静态偏置, 一定量的静态偏置 , 使其工作在甲乙类 工作状态。 工作状态 。 VD1 和 VD2 构成偏置电压: 构成偏置电压: UD1= UBE1 UD2= UBE2 VT1 和 VT2 在 ui=0 时有一个初始的偏置电压, 时有一个初始的偏置电压, 这种电路称为 甲乙类互补推挽放大器,由于静态偏置电流较小, 甲乙类互补推挽放大器 ,由于静态偏置电流较小, 与乙类相 分析方法也与乙类相同。 似 ,分析方法也与乙类相同 。 电路仿线. 乙类互补推挽放大器的图解分析 如果忽略交越区, 如果忽略交越区, VT1 和 且 所以 最大不失线 特性 最大不失真输出功率 : 相同, 相同, EC= EE, 由于 VT1 和 VT2 互补推 1 Pomax = ( Iom )max (Uom )max 挽 ,特性曲线= EC (U Q: ≈ E = , = IC2RL 0, UCE2= E E 2 RL 2= , 交流负载线: 交流负载线: 点斜式 Q 点: EC= EE 的面积=P ? ADQ 的面积 omax 的直线. 过 Q 点 , 斜率为 – 1/RL 的直线 电路仿线) 输出功率: ) 输出功率: IomUom 1 = IomUom Po= IoUo( 有效值) = 有效值) 2 2 2 1/ RL Q · UCES D EC 最大不失真输出电压: 最大不失真输出电压 : (Uom)max=EC – UCE(sat) ic1 A I om u ce 最大不失真输出电流: 最大不失真输出电流 : (Iom)max=(Uom)max/RL Uom ic2 返回 (2) P 与 I 是非线性关系 : ) 可见管耗单管最大平均管耗 PT1max T1 om 是非线性关系: 管来说, 在输入信号的一个周期内, 只有正半周导通, 对 VT1 管来说 , 在输入信号的一个周期内 , 只有正半周导通 , 如果令 dP T/dIom=0 而 VT1 管的瞬时管压降: 可求出:当 Iom=2EC /π RL 时, 可求出管的瞬时管压降 : uCE1=EC- uo : 或 Uom=2EC/π≈ 0.63EC 时 ic1=uo/RL 管的瞬时电流: 流过 VT1 管的瞬时电流 2 2 2 EC EC PT1max = 2 ? 2 所以:一个周期的平均功率(管耗) 所以:一个周期的平均功率 (管耗 ) π RL π RL 1 π PT1 2= u2 E C 2 π ∫0 E CCE1 i c1 d (ω t ) = 2 ≈ 0 .1 = 0.2 Pom RL π RL 若设 uo=Uomsinω t 则有 : ω 则有: 1 π U PT1 = ( E C ? U om sin ω t ) om sin ω td (ωt ) 2π ∫0 RL 1 = 2π ∫ π 0 E CU om U om ( sin ω t ? sin 2 ω t )d (ω t ) R2 RL 2 2 1 ECUom Uom EC 1 2 ( )= Iom ? Iom RL = ? RL π 4 π 4 休息1 休息2 返回 (3) 直流电源供给的功率 E ) 直流电源供给的功率P 电源 EC(或 EE) 供给电流的平均值 I om 1 T 1 U om I = ∫ i c (t )d t = = 0 π RL π T 而两个电源供给的总平均电流为 2I 电源供给的最大功率为: 所以 电源供给的最大功率为 : PEmax = 2 I max E C 1 (U om )max 1 EC I max = ≈ RL π π RL 2 而: EC PEmax ≈ 2 πRL 另外:PEmax=Pomax+2PT1max 另外 (4)效率 η 最大效率: 最大效率: ηmax Pomax = PEmax 2 EC 2 RL π ≈ = = 78.5 0 > 实际效率 2 0 2 EC 4 πRL 休息1 休息2 返回 (5) 最大平均管耗与最大输出功率的关系 ) P T1max=0.1Ec2/RL 因为 Pomax=Ec2/2RL, 所以 PT1max =0.2(EC2/2RL )=0.2Pomax 可见如果 Pomax=10W, P T1max=2W, 则 PCM2W 的 VT1 和 VT2 管 。 ( 6) 最大可能管耗 ) 以上的结论是传统观点, 只对非直接耦合功放适合。 以上的结论是传统观点 , 只对非直接耦合功放适合 。 但 信号变化较为缓慢时, 当 信号变化较为缓慢时 , 特别对于含有低频的直接耦合功放 或集成功放) 来说, 应该考虑它的瞬时最大管耗即最大可 ( 或集成功放 ) 来说 , 应该考虑它的瞬时最大管耗 即最大可 能管耗 PCmax 。 由于单管VT 的瞬时功耗为: 由于单管 1的瞬时功耗为: Pc= uCEic= (EC-icRL ) ic = ECic -ic2 RL 令 dPc / dic= 0, 可求得当 ic=EC/2RL 时,单管最大可能管耗为 所以 PCmax=EC2 / 2RL-EC2 / 4RL=EC2 / 4RL 所以有 : PCmax = 0.5Pomax 返回 休息1 休息2 4.5.3 其他乙类推挽功率放大器 1.变压器耦合推挽功放 i 变压器耦合推挽功放 u1/ic1 =(N1/N2 )2 uL / L (1) 电路结构 : 电路结构: 而u1/ iNPN L; uL /iL= RL VT : c1=R VT∴RL=(N1 / 同极性管 N2)2RL 2: NPN Rb1, Rb2 :基极偏置电阻, 基极偏置电阻, 基极偏置电阻 (负载折合到初级绕组上 减少交越失真 半部分的等效电阻) 半部分的等效电阻) VT1, VT2 工作在甲乙状态。 工作在甲乙状态。 Tr1 : 输入变压器, 中心抽头, 输入变压器, 中心抽头, 1 NPN 使 ui1=- ui2 Tr2 :输出变压器 ,具有阻抗变换作用设变压器 Tr2 的初级 输出变压器, 输出变压器 绕组匝数为 2N1,次级绕组匝数为 N2, 则有: 则有: u1/uL=N1/N2 N1 uL ? u1 = N2 N2 iL , i c1 = N1 休息1 休息2 返回 ic1/iL=N2/N1 1. 变压器耦合乙类推挽功放 变压器耦合乙类推挽功放 ( 2) 工作原理 ) ui ui1 ui2 iC1 iC2 iL 电路仿线 单电源互补推挽功放 只使用一个电源E 只使用一个电源 C的NPN—PNP互补 互补 推挽功放,简称OTL功放。 功放。 推挽功放,简称 功放 VT1、R1 、R2和Rc 、Re为前置放大 器; R 、VD1、VD2为VT2和VT3基极提 供偏置。 供偏置。 负载R 串联的大电容C具有隔直功能 具有隔直功能, 负载 L串联的大电容 具有隔直功能, 静态时C被充电至 被充电至E 静态时 被充电至 C/2。 。 当输入信号时,由于大电容C上的电 当输入信号时,由于大电容 上的电 压维持E 不变, 压维持 C/2不变,使得 2和VT3的CE 不变 使得VT 回路的等效电源都是E 回路的等效电源都是 C/2 。 OTL功放电源供电的物理过程是:VT3 功放电源供电的物理过程是: 功放电源供电的物理过程是 回路放电形成电流i 导通时,C经VT3和RL回路放电形成电流 c3, 经 电容储能减小; 导通时E 供电, 电容储能减小;VT2导通时 C供电,形成回 路电流i 同时对电容C充电储能 流过R 充电储能; 路电流 c2,同时对电容 充电储能;流过 L 的电流应该是i 的合成。 的电流应该是 c2与ic3的合成。 OTL功放与 功放与OCL功放分析方法相同。 只要用 C/ 2取代关公式 功放分析方法相同。 功放与 功放分析方法相同 只要用E 取代关公式 (4-123)、(4-126)、(4-133)中的 C ,就可得 中的E 就可得OTL功放的各类指标。 功放的各类指标。 、 、 功放的各类指标 电路仿线 MOS输出级电路 输出级电路 1 . MOS源极输出电路 源极输出电路 其中VT 为共漏极放大管或称源极跟随器, 其中 1为共漏极放大管或称源极跟随器, VT2漏极与栅极间短路,相当有源负载。 漏极与栅极间短路,相当有源负载。 ubs1= uds1= -uo,ubs2=0,ugs2= uds2=uo,于是低 , 频小信号微变等效电路如图( ) 所示。 频小信号微变等效电路如图 ( b) 所示 。 小信号 电压增益可以表示为 Au = uo uo = ui u gs1 + u o g m1 u gs1 uo = g mb1 + g m2 + g ds1 + g ds2 Au = g m1 + g mb1 ≈ g m1 g m1 + g m2 + g ds1 + g ds2 g m1 + g mb1 + g m2 1 1 ≈ + g m2 + g ds1 + g ds2 g m1 + g mb1 + g m2 ro = g m1 + g mb1 2. CMOS互补输出级电路 互补输出级电路 源随器的优点是电路简单,输出阻抗低,失真小, 源随器的优点是电路简单,输出阻抗低,失真小,缺点是 效率低,且在接负载时正负输出摆幅不对称( 效率低,且在接负载时正负输出摆幅不对称(正峰值电压远小 )。在 集成电路中, 于ED)。在CMOS集成电路中,常见的输出级有工作于甲乙类 集成电路中 的互补输出级。甲乙类互补输出级的效率高,负载能力强, 的互补输出级。甲乙类互补输出级的效率高,负载能力强,适 用于CMOS工艺。 用于 工艺。 工艺 (1)共漏 )共漏CMOS互补输出级 互补输出级 (1)共漏 )共漏CMOS互补输出级 互补输出级 提供栅源偏置,以确定VT 偏置电压U 偏置电压 BIAS给VT1和VT2提供栅源偏置,以确定 1和VT2的静态偏 置电流, 偏置在甲乙类工作状态,以消除交越失线偏置在甲乙类工作状态,以消除交越失真。 示出了实际电路, 的偏置电路, 图 (b)示出了实际电路,VT3,VT4是VT1和VT2的偏置电路,使VT1, 示出了实际电路 VT2偏置在甲乙类工作状态,VT5、VT6组成CMOS推动放大级,其中VT5 偏置在甲乙类工作状态, 组成 推动放大级,其中 推动放大级 放大管, 管作为M 是NMOS放大管,而VT6是PMOS管作为 5的有源负载。 放大管 管作为 的有源负载。 主要缺点是输出电压幅度U 不够大, 可简单的决定于正、 主要缺点是输出电压幅度 om 不够大 , 因 Uom可简单的决定于正 、 负 电源电压减去VT 由于体效应,阈值电压U 会增加, 电源电压减去 1和VT2的UGS(th),由于体效应,阈值电压 GS(th)会增加, ( ) 限制了输出幅度, 就减少。 限制了输出幅度,当UGS(th)的值较大时 om 就减少。 ( )的值较大时U (2) 共源 共源CMOS互补输出电路 互补输出电路 PMOSFET VT1和NMOSFET VT2 构成的共源CMOS互补输出电路,VT1 互补输出电路, 构成的共源 互补输出电路 的源极与衬底均短接。 和VT2的源极与衬底均短接。 VT3为源极跟随器,VT4为恒流源 为源极跟随器, 作为VT 的有源负载。 作为 3的有源负载。 VT1 的栅源偏压 GS1 取决于 G3 与 的栅源偏压U 取决于U ED 之 差 , VT2 的 栅 源 偏 压 UGS2 取 决 于 UG2与-ES之差,适当设计 GS1和UGS2可 之差,适当设计U 的静态电流I 很低, 使VT1、VT2的静态电流 D1和ID2很低, 工作在甲乙类状态。 工作在甲乙类状态。 增加, 增加,所以VT 输入正极性电压时, 输入正极性电压时,VT3 的iD3增加,uS3= uG2增加,所以 2的iD2随之增 同时,由于u 所以u 减小,导致VT 减小;使得R 加;同时, 由于 G3= uG1,所以 GS1减小,导致 1 的iD1减小;使得 L上电 向负值方向增加。同理,当输入负极性电压时, 增加,同时i 压uo向负值方向增加。同理,当输入负极性电压时,VT1的iD1增加,同时 D2、 iD3均减少,直到为零,RL上电压 o向正值方向增加。共源 均减少,直到为零, 上电压u 向正值方向增加。共源CMOS互补输出电 互补输出电 路有一定的电压增益,而且可输出较大的负向电压幅度,但其输出电阻较大。 路有一定的电压增益,而且可输出较大的负向电压幅度,但其输出电阻较大。 4.5.5 达林顿组态 返回 休息1 休息2 (1) 达 林 顿 组 态的 基 本 电 路 结 构 在集成功率放大电路中, 在集成功率放大电路中 ,经常采用达林顿连接方式复合成 BJT。 。 i c1 = β 1 i b i b2 = i e1 ≈ i c1 ic2 = β 2 ib2 = β 1 β 2 ib ic = ic1 + ic2 = β 1 ib + β 1 β 2 ib ≈ β 1 β 2 ib 4.5.5 达林顿组态 等效β值高是复合管的优点, 等效 值高是复合管的优点,采用复合管可以获得很高的电 值高是复合管的优点 流放大倍数。但复合管的等效穿透电流也较大, 流放大倍数。但复合管的等效穿透电流也较大,工作点热稳定 性较差。因而在集成电路中, 性较差。因而在集成电路中,常在复合管内接分流电阻或分流 恒流源来改善其性能 返回 休息1 休息2 4.5.5 达林顿组态 (2) 复合管的构成条件和特点: A: 两管的电流方向必须相统一 : 返回 休息1 休息2 B:第二只管的发射极必须单独接出 : C: 复合管的导电类型由第一只 : 管的导电类型决定 D: 复合管 β≈β1β2 : 复合管的应用: (3) 复合管的应用: 常用于输出级, 放大电路。 常用于输出级,下图为用达林顿管构成的 CC-CC 放大电路。 电路仿线 ′ ⅰ: Ri = hie1 + (1 + hfe1 )hie2 + (1 + hfe1 )(1 + hfe2 ) RL 电路仿线 ′ 其中 R L = R e // R L E ′ (1+ hfe1)(1+ hfe2)RL ⅱ : Au = h + (1+ h )h + (1+ h )(1+ h )R′ 1 ie1 fe1 ie2 fe1 fe2 L C ib1 i i i Re ie2 Ai = o = e2 o = ⅲ: ib1 ib1 ie2 Re + RL ib1 ie2 ie1 ie2 而 i = i i ≈ β1 β 2 b1 b1 e1 + ui _ Ri i e1 = i b2 ie2 io ′ ⅳ : Ro = Re // Ro hie1 hie2 + 1 + hfe1 ′ 而 Ro = 1 + hfe2 + uo _ EE Ro 继续 休息1 返回 休息2 (忽略 rce1 , rce2)

本文链接:http://cattykems.com/huding/186.html