模拟电路网络课件 第二十三节:乙类双电源互补对称功率放大电路
模拟电路网络课件 第二十三节:乙类双电源互补对称功率放大电路
5.2.1 电路的组成
详细说明:
工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被消掉了。怎样解决上述矛盾呢？
图1
下面来研究一下图1所示的互补对称电路。t1和t2分别为npn型管和pnp型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，rl为负载。由于该电路无基极偏置，所以vbe1 = vbe1 = vi 。当vi =0时，t1、t2均处于截止状态，所以该电路为乙类放大电路。
考虑到bjt发射结处于正向偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，vbe1 = vbe2 >0 ，则t2截止，t1承担放大任务，有电流通过负载rl；
而当信号处于负半周时，vbe1 = vbe2 0，t1就开始导电，则在一周期内t1导电时间约为半周期。随着vi的增大，工作点沿着负载线上移，则io = ic1增大，vo 也增大，当工作点上移到图中a点时，vce1 =vces ，已到输出特性的饱和区，此时输出电压达到最大不失真幅值。
根据上述图解分析，可得输出电压的幅值为vom = iomrl = vcc - vce1 ，其最大值为vommax= vcc - vces 。
图1中t2的工作情况和t1相似，只是在信号的负半周导电。为了便于分析，将t2的特性曲线倒置在t1的右下方，并令二者在q 点，即vce = vcc处重合，形成t1和t2的所谓合成曲线，如图2所示。这时负载线通过vcc点形成一条斜线，其斜率为 -1/rl。显然，允许的io的最大变化范围为2iom，vo的变化范围为2vom=2iomrl=2（vcc-vces）。若忽略管子的饱和压降vces ，则vommax » vcc 。
图2
根据以上分析，不难求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。
二、输出功率
输出功率是输出电压有效值vo和输出电流有效值io的乘积（也常用管子中变化电压、变化电流有效值的乘积表示）。所以
乙类互补对称电路中的t1、t2可以看成共集状态（射极输出器），即av »1。所以当输入信号足够大，使vim = vommax = vcc- vces » vcc时，可获得最大输出功率，即
三、管耗
考虑到t1和t2在一个信号周期内各导电约180°，且通过两管的电流和两管两端的电压vce在数值上都分别相等（只是在时间上错开了半个周期）。因此，为求出总管耗，只需先求出单管的损耗就行了。设输出电压为vo = vomsinwt ，则t1的管耗为
而两管的管耗为
四、效率
效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。为了计算效率，必须先分析直流电源供给的功率pv ，它包括负载得到的信号功率和t1、t2消耗的功率两部分，即
当输出电压幅值达到最大，即vom = vcc时，则得电源供给的最大功率为
所以，一般情况下效率为
当vom » vcc时，则
这个结论是假定互补对称电路工作在乙类、负载电阻为理想值，忽略管子的饱和压降vces和输入信号足够大（vim »vom » vcc）情况下得来的，实际效率比这个数值要低些。
五、最大管耗与最大功率的关系
工作在乙类的基本互补对称电路，在静态时，管子几乎不取电流，管耗接近于零，因此，当输入信号较小时，输出功率较小，管耗也小，这是容易理解的；但能否认为，当输入信号愈大，输出功率也愈大，管耗就愈大呢？答案是否定的。那么，最大管耗发生在什么情况下呢？
由管耗表达式
可知管耗pt1是输出电压幅值vom的函数，因此，可以用求极值的方法来求解。
有:
令，则
故 vom = 2vcc /p » 0.6 vcc
此时最大管耗为
为了便于选择功放管，常将最大管耗与功放电路的最大输出功率联系起来。
由最大输出功率表达式
可得每管的最大管耗和最大输出功率之间具有如下的关系
上式常用来作为乙类互补对称电路选择管子的依据，它说明，如果要求输出功率为10w，则只要用两个额定管耗大于2w的管子就可以了。当然，在实际选管子时，还应留有充分的安全余量，因为上面的计算是在理想情况下进行的。
为了加深印象，可以通过po、pt1和pv与vom/vcc的关系曲线（如图1所示）观察它们的变化规律。图中用vom / vcc表示的自变量作为横坐标，纵坐标分别用相对值表示。
图1
六、功率bjt的选择
在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择不容忽视。选择时一般应考虑bjt的三个极限参数，即集电极最大允许功率损耗pcm ，集电极最大允许电流icm和集电极-发射极间的反向击穿电压v(br)ceo 。
由前面知识点的分析可知，若想得到最大输出功率，又要使功率bjt安全工作，bjt的参数必须满足下列条件：
（1）每只bjt的最大管耗pt1max »0.2 pomax 必须小于bjt的最大允许管耗pcm ；
（2）通过bjt的最大集电极电流为ic1max =vommax / rl » vcc / rl，所选bjt的icm一般不应低于此值。
（3）考虑到当t2导通且输出电压达到负向最大值时，-vce2 =vces » 0 ，此时vce1具有最大值，且等于2vcc ，因此，应选用反向击穿电压| v(br)ceo | > 2vcc的管子。
注意，在实际选择管子时，其极限参数还要留有充分的余地。
微雪电子STM32开发板 Open32F0-D简介
蓝牙耳机买什么品牌好？最好的蓝牙耳机品牌推荐
电视分集天线系统的研究
机器视觉软件开发的多样性
噪声敏感中使用PWM伺服放大器
模拟电路网络课件 第二十三节:乙类双电源互补对称功率放大电路
7种视频信号接口的传输距离介绍
全硬件TCP/IP协议栈学习笔记（第四天：全硬件TCP/IP协议模块学习）
王子的专用？估计也只有OPPO了！
特斯拉上海工厂恢复生产交付 国产Model 3周产3000辆
新品丨艾迈斯欧司朗推新一代彩色激光器，使能更卓越的激光设备
增强现实技术和vr差异在哪
大米重金属镉快速检测仪的介绍
保千里打令VR手机新品发布会邀请函刷遍手机科技圈
单通道红外遥控电路设计及应用
物联网在2019年有哪一些关键词
形状公差的分类理解
新的Honor Super Fast Power Bank 12000支持66W快速充电
基于TMS320DM643的视频监控系统的设计
4G路由器优势—突破有线限制,畅享无限网络
详细说明:
工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被消掉了。怎样解决上述矛盾呢？
图1
下面来研究一下图1所示的互补对称电路。t1和t2分别为npn型管和pnp型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，rl为负载。由于该电路无基极偏置，所以vbe1 = vbe1 = vi 。当vi =0时，t1、t2均处于截止状态，所以该电路为乙类放大电路。
考虑到bjt发射结处于正向偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，vbe1 = vbe2 >0 ，则t2截止，t1承担放大任务，有电流通过负载rl；
而当信号处于负半周时，vbe1 = vbe2 0，t1就开始导电，则在一周期内t1导电时间约为半周期。随着vi的增大，工作点沿着负载线上移，则io = ic1增大，vo 也增大，当工作点上移到图中a点时，vce1 =vces ，已到输出特性的饱和区，此时输出电压达到最大不失真幅值。
根据上述图解分析，可得输出电压的幅值为vom = iomrl = vcc - vce1 ，其最大值为vommax= vcc - vces 。
图1中t2的工作情况和t1相似，只是在信号的负半周导电。为了便于分析，将t2的特性曲线倒置在t1的右下方，并令二者在q 点，即vce = vcc处重合，形成t1和t2的所谓合成曲线，如图2所示。这时负载线通过vcc点形成一条斜线，其斜率为 -1/rl。显然，允许的io的最大变化范围为2iom，vo的变化范围为2vom=2iomrl=2（vcc-vces）。若忽略管子的饱和压降vces ，则vommax » vcc 。
图2
根据以上分析，不难求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。
二、输出功率
输出功率是输出电压有效值vo和输出电流有效值io的乘积（也常用管子中变化电压、变化电流有效值的乘积表示）。所以
乙类互补对称电路中的t1、t2可以看成共集状态（射极输出器），即av »1。所以当输入信号足够大，使vim = vommax = vcc- vces » vcc时，可获得最大输出功率，即
三、管耗
考虑到t1和t2在一个信号周期内各导电约180°，且通过两管的电流和两管两端的电压vce在数值上都分别相等（只是在时间上错开了半个周期）。因此，为求出总管耗，只需先求出单管的损耗就行了。设输出电压为vo = vomsinwt ，则t1的管耗为
而两管的管耗为
四、效率
效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。为了计算效率，必须先分析直流电源供给的功率pv ，它包括负载得到的信号功率和t1、t2消耗的功率两部分，即
当输出电压幅值达到最大，即vom = vcc时，则得电源供给的最大功率为
所以，一般情况下效率为
当vom » vcc时，则
这个结论是假定互补对称电路工作在乙类、负载电阻为理想值，忽略管子的饱和压降vces和输入信号足够大（vim »vom » vcc）情况下得来的，实际效率比这个数值要低些。
五、最大管耗与最大功率的关系
工作在乙类的基本互补对称电路，在静态时，管子几乎不取电流，管耗接近于零，因此，当输入信号较小时，输出功率较小，管耗也小，这是容易理解的；但能否认为，当输入信号愈大，输出功率也愈大，管耗就愈大呢？答案是否定的。那么，最大管耗发生在什么情况下呢？
由管耗表达式
可知管耗pt1是输出电压幅值vom的函数，因此，可以用求极值的方法来求解。
有:
令，则
故 vom = 2vcc /p » 0.6 vcc
此时最大管耗为
为了便于选择功放管，常将最大管耗与功放电路的最大输出功率联系起来。
由最大输出功率表达式
可得每管的最大管耗和最大输出功率之间具有如下的关系
上式常用来作为乙类互补对称电路选择管子的依据，它说明，如果要求输出功率为10w，则只要用两个额定管耗大于2w的管子就可以了。当然，在实际选管子时，还应留有充分的安全余量，因为上面的计算是在理想情况下进行的。
为了加深印象，可以通过po、pt1和pv与vom/vcc的关系曲线（如图1所示）观察它们的变化规律。图中用vom / vcc表示的自变量作为横坐标，纵坐标分别用相对值表示。
图1
六、功率bjt的选择
在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择不容忽视。选择时一般应考虑bjt的三个极限参数，即集电极最大允许功率损耗pcm ，集电极最大允许电流icm和集电极-发射极间的反向击穿电压v(br)ceo 。
由前面知识点的分析可知，若想得到最大输出功率，又要使功率bjt安全工作，bjt的参数必须满足下列条件：
（1）每只bjt的最大管耗pt1max »0.2 pomax 必须小于bjt的最大允许管耗pcm ；
（2）通过bjt的最大集电极电流为ic1max =vommax / rl » vcc / rl，所选bjt的icm一般不应低于此值。
（3）考虑到当t2导通且输出电压达到负向最大值时，-vce2 =vces » 0 ，此时vce1具有最大值，且等于2vcc ，因此，应选用反向击穿电压| v(br)ceo | > 2vcc的管子。
注意，在实际选择管子时，其极限参数还要留有充分的余地。
微雪电子STM32开发板 Open32F0-D简介
蓝牙耳机买什么品牌好？最好的蓝牙耳机品牌推荐
电视分集天线系统的研究
机器视觉软件开发的多样性
噪声敏感中使用PWM伺服放大器
模拟电路网络课件 第二十三节:乙类双电源互补对称功率放大电路
7种视频信号接口的传输距离介绍
全硬件TCP/IP协议栈学习笔记（第四天：全硬件TCP/IP协议模块学习）
王子的专用？估计也只有OPPO了！
特斯拉上海工厂恢复生产交付 国产Model 3周产3000辆
新品丨艾迈斯欧司朗推新一代彩色激光器，使能更卓越的激光设备
增强现实技术和vr差异在哪
大米重金属镉快速检测仪的介绍
保千里打令VR手机新品发布会邀请函刷遍手机科技圈
单通道红外遥控电路设计及应用
物联网在2019年有哪一些关键词
形状公差的分类理解
新的Honor Super Fast Power Bank 12000支持66W快速充电
基于TMS320DM643的视频监控系统的设计
4G路由器优势—突破有线限制,畅享无限网络