第八章 功率放大电路
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功率放大电路工作原理功率放大电路是电子设备中常见的一种电路,它能够将输入信号的功率放大到更大的输出功率,从而驱动负载实现相应的功能。
在现代电子产品中,功率放大电路被广泛应用于音频放大、射频放大、功率放大等领域。
本文将介绍功率放大电路的工作原理,以便读者能够更好地理解和应用功率放大电路。
功率放大电路的工作原理主要包括输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面。
首先,输入信号放大是功率放大电路的基本功能之一。
当输入信号进入功率放大电路时,经过放大器的放大作用,输入信号的幅值会得到增大,从而实现对输入信号的放大处理。
而放大器的放大倍数则取决于放大器本身的增益特性,通常通过调节放大器的电路参数来实现不同的放大倍数。
其次,功率放大是功率放大电路的核心功能之一。
在输入信号经过放大器放大后,功率放大电路会将输入信号的功率放大到更大的输出功率。
这通常通过功率放大器来实现,功率放大器能够将输入信号的电压和电流进行放大,从而实现对输入信号功率的放大。
在功率放大的过程中,需要注意功率放大器的工作状态和输出功率的稳定性,以确保输出信号的质量和稳定性。
最后,输出负载驱动是功率放大电路的另一个重要功能。
在输出信号经过功率放大后,需要通过输出负载来驱动相应的负载,实现对负载的驱动和控制。
输出负载通常是电阻、电容、电感等元件,通过合理设计输出负载电路,可以实现对负载的匹配和驱动,从而实现对输出信号的有效控制和传输。
总的来说,功率放大电路的工作原理是通过输入信号放大、功率放大和输出负载驱动三个方面的功能实现对输入信号的处理和输出功率的放大。
在实际应用中,需要根据具体的需求和电路设计要求来选择合适的功率放大电路,并合理设计电路参数和工作状态,以实现对输入信号的有效放大和输出功率的稳定控制。
希望通过本文的介绍,读者能够更好地理解和应用功率放大电路,为相关领域的电子设备设计和应用提供参考和帮助。
3.1 功率放大电路很多系统需要对输出信号进行放大,以便提高带负载能力、驱动后级电路,因此要对其进行功率放大。
功率放大电路种类繁多,按原理分可分为甲类、乙类推挽、丙类谐振功率放大器等,可由三极管或集成运放芯片实现,应根据不同的功率放大指标,选择不同的方案。
甲类功率放大器中,在输入信号的一个完整的周期内三极管都是导通的,因而可保证无失真的电压输出,故甲类功率放大器有利于小信号的功率放大。
缺点是晶体管的静态工作点较高,静态损耗相对较大,效率比较低。
丙类谐振放大器采用谐振网络选频进行功率放大,适合于对载波信号或高频已调波信号进行选频放大。
缺点是谐振回路只能实现窄带选频。
当信号频带较宽时,可采用乙类推挽放大器。
乙类推挽功率放大电路由功率对管搭建而成。
在输入信号的一个周期内,两管半周期轮流导通,减小了单个管子的静态损耗,具有较高的输出功率与效率。
同时由于电路的对称性,可以在输出负载端得到完整的双极性波形。
电路如图3-24所示。
图3-24 乙类推挽功率放大电路此电路的前级由AD811组成同相放大器,放大倍数为311V R A R =+。
后级的功率对管构成乙类功率推挽输出形式,提供负载的驱动电流。
通过D1、D2的电压钳位及微调电位器R a2,可实现两功率管的微导通及上下电路的完全对称。
为保护晶体管及稳定B 点输出电流,输出级串接6.8Ω的小电阻,同时保证输出信号波形对称。
经实验测试,整个电路的输出阻抗小于15Ω,通频带大于10MHz ,且带内平坦,通带波纹小于0.1dB;空载时可对0~10MHz范围内峰峰值为20V的正弦信号无失真输出;输出端接50Ω负载时,无失真的最大输出电压峰峰值达到10V,并且在峰峰值为10V的输出状态下,频率大于2MHz仍无失真现象,效果良好。
需要注意的是,同相放大电路中的AD811放大倍数不能太大,否则芯片会存在一定程度的发热。
AD811是美国模拟器件公司推出的一种宽带电流反馈视频运算放大器。
第八章功效率放大电路一、判断题在功率放大电路中,输出功率愈大,功放管的功耗愈大。
()×功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下,负载上可能获得的最大交流功率。
()√当OCL电路的最大输出功率为1W时,功放管的集电极最大耗散功率应大于1W。
()×功率放大电路与电压放大电路的区别是前者比后者效率高√功率放大电路与电压放大电路的区别是在电源电压相同的情况下,前者比后者的最大不失真输出电压大√功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是都使输出功率大于信号源提供的输入功率。
√功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是都使输出电流大于输入电流。
×功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是都使输出电压大于输入电压。
×功率放大电路与电流放大电路的区别是前者比后者效率高。
√功率放大电路与电流放大电路的区别是前者比后者电流放大倍数大。
×功率放大电路与电流放大电路的区别是在电源电压相同的情况下,前者比后者的输出功率大。
√甲类功率放大电路的导通角等于3600√乙类功率放大电路的导通角等于1800√甲乙类功率放大电路的导通角小于1800×双电源互补对称功率放大电路中每管的最大管耗为最大输出功率的0.2倍√丙类功率放大电路的导通角小于1800√乙类功率放大电路的最大效率约为78.5%√甲类功率放大电路的最大效率约为25%√将乙类双电源互补对称功率放大电路去掉一个电源,就构成乙类单电源互补对称功率放大电路。
()×乙类双电源互补对称功率放大电路中,正负电源轮流供电。
()√产生交越失真的原因是因为输入正弦波信号的有效值太小。
()×乙类互补对称功率放大电路中,输入信号越大,交越失真也越大。
()√二、填空题功率放大电路采用甲乙类工作状态是为了克服__,并有较高的__。
交越失真,效率乙类互补对称功率放大电路中,由于三极管存在死区电压而导致输出信号在过零点附近出现失真,称之为__。
交越失真乙类互补对称功率放大电路的效率比甲类功率放大电路的__,理想情况下其数值可达__。
高,78.5%某乙类双电源互补对称功率放大电路中,电源电压为 24V,负载为8Ω,则选择管子时,要求U大于__,I CM大于__,P CM大于__。
(BR)CEO48V,3A,7.2W功率放大器中,由于静态工作点设置不同而分三种工作状态是____, ____和____。
答案:甲类,乙类,甲乙类功率放大器的主要特点是____, ____和____。
工作在极限运行状态;效率高;非线性失真小互补对称功率放大电路有____和____两种形式。
乙类;甲乙类乙类互补对称功率放大电路输出最大功率为10W,应选用最大管耗P CM等于____的功率管。
0.2P OM =2 WOTL 功放电路中,电源电压为V CC =60V ,应选用耐压U (BR)CEO ____的功率管。
2V CC =120 V互补对称功率放大电路由于晶体管存在____电压会产生____失真。
死区电压; 交越失真单电源互补对称功放电路V CC =18V ,R L =Ω8,输入电压的有效值为6V ,电源供给两个晶体管的直流功率P V 等于____。
πππ222782618=⨯=L om CC R V V功率放大器中,由于静态工作点设置不同而分甲类,乙类,甲乙类,其中___类最高,最高为____。
乙类; 78.5%。
双电源互补对称功放电路V CC =18V ,R L =Ω8,输入电压的有效值为5V ,输出功率为____W ,最大输出功率为____。
1.56W ,20W双电源互补对称功放电路V CC =15V ,R L =Ω8,两管的饱和管压降│U C ES │=3V ,输出功率为____W ,效率为____。
9W ,70%三、单项选择题(每个小题3分,将正确的选项填入题中的括号内)分析功率放大电路时,应着重研究电路的( );A 、电压放大倍数和电流放大倍数B 、输出功率与输入功率之比C 、最大输出功率和效率D 、失真程度 C乙类互补对称功率放大电路会产生()A、线性失真B、饱和失真C、截止失真D、交越失真D下图中电路中D1和D2管的作用是消除A、饱和失真B、截止失真C、交越失真D、线性失真C下图中电路中如D1虚焊,则T1管A、可能因功耗过大烧坏B、始终饱和C、始终截止D、使T2管截止A下图中电路中,当输入为正弦波时,若R1虚焊,即开路,则输出电压A、为正弦波B、仅有正半波C、仅有负半波D、为正弦波三角波C下图中电路中,静态时,晶体管发射极电位U E Q。
A、>0VB、=0VC、<0VD、=1V电路如图所示,最大输出功率为()A、4.5WB、0.75WC、2.25WD、18WC下图中T1、T2管最大管耗为()A、0.45WB、0.9WC、1.5WD、3.6WA电路如图所示,电路的最大输出功率为()A、2.25WB、0.375WC、0.5625WD、9WC下图电路中N点电位应该是()A、6VB、3VC、-3VD、0VB下图电路中,T1、T2的U(BR)CEO应大于或等于()A、6VB、12VC、-6VD、0VA互补对称功率放大电路的正确电路是()A、(A)B(B)C(C)D(D)(A)图(B)图(C)图(D)图C功率放大电路的转换效率是指()。
A、输出功率与晶体管所消耗的功率之比B、最大输出功率与电源提供的平均功率之比C、晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比D、输入功率与电源提供的平均功率之比B与甲类功率放大方式比较,乙类OCL互补对称功率放大方式的主要优点是()。
A、不用输出变压器B、不用输出端大电容C、效率高D、无交越失真C三、计算分析题4。
试求:双电源互补对称电路如下图,电源电压V CC=6V,负载电阻R L=(1)若输入电压幅值U im=2V,输出功率是多少?(2)该电路最大的输出功率是多少?理想情况U CES=0。
(3)各晶体管的最大功耗是多少?解:1) W R V P L OM5.0220==2) W R V P LCCO 322==3) W P P P O M T T 6.02.0max 21===电路如图所示,已知电源电压V CC =26V ,负载电阻R L =Ω8,T 1、T 2的饱和压降U CES =1V ,求电路的最大输出功率及效率。
解:1)P OM =82122⨯=9W ,2)CC OM V V 214∏=η==-∏CCCESCC V V V 21214=007213124=∏在下图所示电路中,设v i 为正弦波,R L =8Ω,要求最大输出功率P om =9W 。
试求在BJT 的饱和压降V CES 可以忽略不计的条件下,求:(1)正、负电源V CC 的最小值;(2)根据所求V CC 的最小值,计算相应的I CM 、|V (BR)CEO |的最小值;(3)输出功率最大(P om = 9W )时,电源供给的功率P V ;(4)每个管子允许的管耗P CM 的最小值;(5)当输出功率最大(P om =9W )时的输人电压有效值。
电路如图所示,电源电压V CC =12V ,负载电阻R L =Ω8,问:二极管D 1、D 2的作用是什么?A 点电位是多少?调整什么元件使U A 符合要求。
解: 1)克服交越失真; 2)A 点电位是6V ;3)R P下图电路中,当V CC =V EE =9V ,R L =16 ,在理想状态下的每一晶体管的极限参数P CM 、U (BR)CEO 、I CM 为多少?解: 1)P CM =0.2P OM =0.2LCC R V 22=0.5W 2)U (BR)CEO =2V CC3)I CM =L CC R V =169A对功率放大电路的要求是什么?说明甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的特征。
解:对功率放大电路的要求是:1)要求输出功率尽可能大2)效率要高3)非线性失真要小4)能良好散热问题甲类效率低,功率管导电角为360°,;乙类效率高,存在交越失真,功率管轮流导电,每管导电180°,二者电流互补;甲乙类效率高,不存在交越失真,每个功率管的导电角略大于180°,而小于360°。
电路如图所示。
已知电压放大倍数为-100,输入电压u I 为正弦波,T 2和T 3管的饱和压降|U CES |=1V 。
试问:(1)在不失真的情况下,输入电压最大有效值U imax 为多少伏?(2)若U i =10mv(有效值),则U o =?若此时R 3开路,则U o =?若R 3短路,则U o =?解:(1)最大不失真输出电压有效值为V 78.72CES CC om ≈-=U V U故在不失真的情况下,输入电压最大有效值U imaxmV 8.77om imax ≈=u A U U(2)若U i =10mV ,则U o =1V (有效值)。
若R 3开路,则T 1和T 3组成复合管,等效β≈β1β3,T 3可能饱和,使得u O ≈-11V (直流)。
若R 3短路,则u O ≈11.3V (直流)。
在下图所示电路中,已知V C C =16V ,R L =4Ω,T 1和T 2管的饱和管压降│U C ES │=2V ,输入电压足够大。
试问:(1)最大输出功率P om 和效率η各为多少?(2)晶体管的最大功耗P Tma x 为多少?(3)为了使输出功率达到P om ,输入电压的有效值约为多少?解:(1)最大输出功率和效率分别为%8.694πW 5.242)(CCCES CC L 2CES CC om ≈-⋅==-=V U V R U V P η(2)晶体管的最大功耗 W 4.622.02.0L2CC oM Tmax =⨯=≈R V P P (3)输出功率为P o m 时的输入电压有效值V 9.92CES CC om i ≈-≈≈U V U U在下图所示电路中,已知二极管的导通电压U D =0.7V ,晶体管导通时的│U B E │=0.7V ,T 2和T 4管发射极静态电位U E Q =0V 。
试问:(1)T 1、T 3和T 5管基极的静态电位各为多少?(2)设R 2=10k Ω,R 3=100Ω。
若T 1和T 3管基极的静态电流可忽略不计,则T 5管集电极静态电流为多少?静态时u I =?(3)若静态时i B 1>i B 3,则应调节哪个参数可使i B 1=i B 2?如何调节?(4)电路中二极管的个数可以是1、2、3、4吗?你认为哪个最合适?为什么?解:(1)T 1、T 3和T 5管基极的静态电位分别为U B 1=1.4V U B 3=-0.7V U B 5=-17.3V(2)静态时T 5管集电极电流和输入电压分别为 V3.17 mA 66.1B5I 2B1CC CQ -=≈=-≈u u R U V I(3)若静态时i B 1>i B 3,则应增大R 3。