甲乙类互补对称功率放大电路
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模拟电子技术知识点:甲乙类单电源互补对称功率放大电路静态时,V K=V CC/2输出通过电容C与负载耦合,而不用变压器——OTL电路(OutputTransformerless) V CC/21.基本电路2.原理分析v i负半周-+充电+v i 正半周-+放电•只要R L C 足够大,电容C 就能起到电源的作用。
-2.原理分析v i 为负半周最大值时接近饱和CCK V v +≈2.原理分析•理想情况下,负载R L 两端得到的交流输出电压幅值V om ≈V CC /2v i 为正半周最大值时接近饱和≈=CES K V v 2.原理分析•在单电源互补对称电路中,计算输出功率、效率、管耗和电源供给的功率,可借用双电源互补对称电路的计算公式,但要用V CC /2代替原公式中的V CC 。
2.原理分析+V CC T 4T 7T 6T 1T 2R 2R 5R 3R L R 7u iu o T 5R 6T8D 1D 4T 3R 4R 1D 310k Ω( c )56D 2243R50μF C ( a )50μF C 21k Ω18Ω(+12V)例题图(b )所示为某集成功率放大器的简化电路图。
已知输入电压为正弦波;三极管T 6、T 8的饱和管压降=2V ;C 和C 2对交流信号均可视为短路。
填空:+V CC T 4T 7T 6T 1T 2R 2R 5R 3R L R 7u iu o T 5R 6T8D 1D 4T 3R 4R 1D 310k Ω( c )56D 2243R50μF C ( a )50μF C 21k Ω18Ω(+12V)例题2①为了驱动扬声器,将图(b)与图(a)、图(c)合理连接,可以增加一个元件,使电路正常工作;此时引入的交流负反馈的组态为,在深度负反馈条件下的电压放大倍数≈。
电压串联负反馈1+R 6/R=11-+-+++例题+V CC T 4T 7T 6T 1T 2R 2R 5R 3R L R 7u iu o T 5R 6T8D 1D 4T 3R 4R 1D 310k Ω( c )56D 2243R50μF C ( a )50μF C 21k Ω18Ω(+12V)例题2②D 2、D 3和D 4作为输出级偏置电路的一部分,作用是。
甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路是一种常用于音频放大器中的电路设计。
它具有高效率、低失真等优点,被广泛应用于家庭影院、音响系统等场合。
本文将从以下几个方面详细介绍甲乙类互补对称功率放大电路。
一、甲乙类功率放大器的基本原理甲乙类功率放大器是由两个互补的晶体管组成,一个为NPN型晶体管(甲级),一个为PNP型晶体管(乙级)。
在输入信号为正半周时,只有甲级工作;在输入信号为负半周时,只有乙级工作。
这样就实现了信号的全波放大。
由于两个晶体管都能够进行导通和截止,因此能够充分利用晶体管的性能,达到高效率和低失真的效果。
二、甲乙类功率放大器的分类根据输出管的偏置方式不同,可以将甲乙类功率放大器分为固定偏置和动态偏置两种类型。
1.固定偏置:输出管的偏置电压是固定不变的。
这种方式简单可靠,但是会产生较大的静态功耗,因此效率较低。
2.动态偏置:输出管的偏置电压随着输出信号的变化而变化。
这种方式能够降低静态功耗,提高效率,但是需要更复杂的电路设计,容易产生交趾失真。
三、甲乙类互补对称功率放大电路的特点甲乙类互补对称功率放大电路是一种特殊的甲乙类功率放大器。
它具有以下几个特点:1.高效率:由于采用了互补对称结构,能够最大化地利用晶体管的性能,因此效率较高。
2.低失真:由于两个晶体管都能够进行导通和截止,因此可以实现完美的信号全波放大,减小失真。
3.抗干扰:采用了差分输入电路和共模反馈电路等技术,能够有效地抑制干扰信号。
4.稳定性好:采用了负反馈电路和保护电路等技术,能够保证稳定可靠地工作。
四、甲乙类互补对称功率放大电路的应用甲乙类互补对称功率放大电路广泛应用于音频放大器中,特别是功率放大器。
它能够提供足够的输出功率,满足家庭影院、音响系统等场合的需求。
同时,由于具有高效率、低失真等优点,也被广泛应用于汽车音响、舞台音响等领域。
五、甲乙类互补对称功率放大电路的设计甲乙类互补对称功率放大电路的设计需要考虑以下几个方面:1.输入级:采用差分输入电路能够提高抗干扰能力和共模抑制比。
甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路乙类放大电路的失真:前面讨论了由两个射极输出器组成的乙类互补对称电路(图1),实际上这种电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化,由于没有直流偏置,管子的iB必须在|vBE|大于某一个数值(即门坎电压,NPN 硅管约为0.6V,PNP锗管约为0.2V)时才有显著变化。
当输入信号vi 低于这个数值时,T1和T2都截止,ic1和ic2基本为零,负载RL上无电流通过,出现一段死区,如图1所示。
这种现象称为交越失真。
5.3.1 甲乙类双电源互补对称电路一、电路的结构与原理利用图1所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。
由图可见,T3组成前置放大级(注意,图中未画出T3的偏置电路),T1和T2组成互补输出级。
静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。
由于电路对称,静态时iC1= iC2 ,iL= 0, vo =0。
有信号时,由于电路工作在甲乙类,即使vi很小(D1和D2的交流电阻也小),基本上可线性地进行放大。
上述偏置方法的缺点是,其偏置电压不易调整,改进方法可采用VBE扩展电路。
二、VBE扩展电路利用二极管进行偏置的甲乙类互补对称电路,其偏置电压不易调整,常采用VBE扩展电路来解决,如图1所示。
在图1中,流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流,则由图可求出VCE4=VBE4(R1+R2)/R2因此,利用T4管的VBE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V),只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。
这种方法,在集成电路中经常用到。
5.3.2 单电源互补对称电路一、电路结构与原理图1是采用一个电源的互补对称原理电路,图中的T3组成前置放大级,T2和T1组成互补对称电路输出级。
在输入信号vi =0时,一般只要R1、R2有适当的数值,就可使IC3 、VB2和VB1达到所需大小,给T2和T1提供一个合适的偏置,从而使K点电位VK=VC=VCC/2 。
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甲乙类单电源互补对称放大电路制作与调试一、概述甲乙类单电源互补对称放大电路是一种常见的功率放大电路,适用于音频功率放大器等场合。
本文将介绍该电路的制作与调试方法。
二、材料准备1. 电容:0.1μF、10μF、100μF;2. 电阻:100Ω、1kΩ、10kΩ;3. 三极管:2SC5200(NPN)、2SA1943(PNP);4. 散热片;5. PCB板;6. 其他常用工具。
三、电路设计1. 甲乙类单电源互补对称放大电路原理图如下:[图1]2. 该电路采用了甲乙两个级别的互补对称放大器,其中甲级为NPN 型,乙级为PNP型。
两个级别之间通过一个0.1μF的耦合电容相连。
3. C1和C2为输入耦合电容,用于隔离输入信号和直流偏置。
R1和R2为输入端的限流电阻。
4. R3和R4分别为甲乙两个级别的基极负反馈电阻,可以提高放大器的稳定性和线性度。
5. C3和C4为输出耦合电容,用于隔离输出信号和直流偏置。
R5和R6为输出端的限流电阻。
6. 电源滤波电容C5和C6可以有效降低电源噪声,提高放大器的信噪比。
7. 散热片的选型需要根据实际功率大小进行选择。
四、制作步骤1. 根据上述原理图,绘制PCB板图,并进行打样。
2. 将元器件焊接到PCB板上,注意焊接位置和方向。
3. 安装散热片,注意与三极管之间需要使用硅脂隔离。
4. 连接电源线、输入信号线和输出信号线。
五、调试步骤1. 使用万用表检查各个元器件是否正确连接,并进行必要的修正。
2. 接通电源,使用示波器检查输出波形是否正常。
3. 调整偏置电压,使得输出为0V时基极电压分别为甲级-0.7V、乙级+0.7V。
4. 调整负反馈电阻,使得放大器的稳定性和线性度达到最优状态。
六、注意事项1. 在焊接过程中要避免短路和虚焊等问题。
2. 在调试过程中要注意安全,避免触电和短路等问题。
3. 在使用过程中要注意散热,避免过热损坏三极管。
4. 在连接输入信号时要注意信号源的阻抗和电平,避免对放大器产生影响。
甲乙类互补对称功率放大电路1 甲乙类互补对称功率放大电路乙类放大电路的失真:前面讨论了由两个射极输出器组成的乙类互补对称电路(图1),实际上这种电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化,由于没有直流偏置,管子的iB必须在|vBE|大于某一个数值(即门坎电压,NPN硅管约为0.6V,PNP锗管约为0.2V)时才有显著变化。
当输入信号vi低于这个数值时,T1和T2都截止,i c1和i c2基本为零,负载RL上无电流通过,出现一段死区,如图1所示。
这种现象称为交越失真。
图1 交越失真的产生原因2 甲乙类双电源互补对称电路一、电路的结构与原理利用图2所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。
图2由图可见,T3组成前置放大级(注意,图中未画出T3的偏置电路),T1和T2组成互补输出级。
静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。
由于电路对称,静态时i C1= i C2,I L= 0, v o=0。
有信号时,由于电路工作在甲乙类,即使v i很小(D1和D2的交流电阻也小),基本上可线性地进行放大。
上述偏置方法的缺点是,其偏置电压不易调整,改进方法可采用V BE扩展电路。
二、VBE扩展电路图3利用二极管进行偏置的甲乙类互补对称电路,其偏置电压不易调整,常采用V BE扩展电路来解决,如图3所示。
在图3中,流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流,则由图可求出V CE4=V BE4(R1+R2)/R2因此,利用T4管的V BE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V),只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。
这种方法,在集成电路中经常用到。
3 单电源互补对称电路图4一、电路结构与原理图4是采用一个电源的互补对称原理电路,图中的T3组成前置放大级,T2和T1组成互补对称电路输出级。
在输入信号vi =0时,一般只要R1、R2有适当的数值,就可使I C3、V B2和V B1达到所需大小,给T2和T1提供一个合适的偏置,从而使K点电位V K=V C=V CC/2 。
Ⅰ组织教学集中学生注意力,做好平时考勤工作。
Ⅱ新课引入1功率放大电路的特点(与电压放大电路比较)及类型。
2 OCL 甲乙类互补对称功率放大电路的结构、特点及工作原理。
3功率、效率和管耗的计算及相互关系。
Ⅲ 新课讲授9.2 甲乙类互补对称功率放大电路1、 功率放大电路的安全运行1)功率管的安全工作区,受集电极允许的最大电流I CM ,最大电压U (BR)CEO 和最大功耗P CM 以及二次击穿临界曲线的限制。
2)功率管的散热问题在一定的温度下,散热能力越强,晶体管允许的功耗P CM 就越大;另一方面,环境温度T a 越低,允许的功耗P CM 也越大。
2、复合管的组成及其电流放大系数1)复合管的组成原则(1)在正确的外加电压下,每只管子的各极电流均有合适的通路,且均工作于放大区;(2)应将第一只管子的集电极或发射极电流做为第二只管子的基极电流。
(3)后级管子的BE U 不能将前级管子的CE U箝位 ;(4)当使用FET 构成复合管时,FET 只能作为第一级; 2)复合管的电流放大系数 采用复合管结构可使等效管的电流放大系数约增大到组成的各管的电流放大系数之积。
3、复合管共射放大电路的动态分析及其特点1)复合管共射放大电路的动态分析其动态分析方法与基本共射电路基本相同,只是复合管放大电路中的晶体管不只一个,应分别画出各晶体管的h 参数等效模型,动态参数的计算也较为复杂。
2)复合管共射放大电路的特点电压放大倍数与单管时相当,但输入电阻明显增大。
与单管放大电路相比,当输入信号相同时,从信号源索取的电流将显著减少。
3)四种类型的复合管4、甲乙类互补功率放大电路为解决交越失真,可给三极管稍稍加一点偏置,使之工作在甲乙类,如图所示。
(a)利用二极管提供偏置电压(b)利用三极管恒压源提供偏置5、准互补对称功率放大电路当输出功率较大时,输出级的推动级,即末前级也应该是一个功率放大级。
此时往往采用复合管。
复合管的极性由前面的一个三极管决定。
甲乙类互补对称功率放大电路
1 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类放大电路的失真:
前面讨论了由两个射极输出器组成的乙类互补对称电路(图1),实际上这种电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化,由于没有直流偏置,管子的iB必须在|vBE|大于某一个数值(即门坎电压,NPN硅管约为0.6V,PNP锗管约为0.2V)时才有显著变化。
当输入信号vi低于这个数值时,T1和T2都截止,i c1和i c2基本为零,负载RL上无电流通过,出现一段死区,如图1所示。
这种现象称为交越失真。
图1 交越失真的产生原因
2 甲乙类双电源互补对称电路
一、电路的结构与原理
利用图2所示的偏置电路是克服交越失真的一种方法。
图2
由图可见,T3组成前置放大级(注意,图中未画出T3的偏置电路),T1和T2组成互补输出级。
静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态。
由于电路对称,静态时i C1= i C2,I L= 0, v o =0。
有信号时,由于电路工作在甲乙类,即使v i很小(D1和D2的交流电阻也小),基本上可线性地进行放大。
上述偏置方法的缺点是,其偏置电压不易调整,改进方法可采用V BE扩展电路。
二、VBE扩展电路
图3
利用二极管进行偏置的甲乙类互补对称电路,其偏置电压不易调整,常采用V BE扩展电路来解决,如图3所示。
在图3中,流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流,则由图可求出
V CE4=V BE4(R1+R2)/R2
因此,利用T4管的V BE4基本为一固定值(硅管约为0.6~0.7V),只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压值。
这种方法,在集成电路中经常用到。
3 单电源互补对称电路
图4
一、电路结构与原理
图4是采用一个电源的互补对称原理电路,图中的T3组成前置放大级,T2和T1组成互补对称电路输出级。
在输入信号vi =0时,一般只要R1、R2有适当的数值,就可使I C3、V B2和V B1达到所需大小,给T2和T1提供一个合适的偏置,从而使K点电位V K=V C=V CC/2 。
当加入信号v i时,在信号的负半周,T1导电,有电流通过负载RL,同时向C充电;在信号的正半周,T2导电,则已充电的电容C起着双电源互补对称电路中电源-V CC的作用,通过负载RL放电。
只要选择时间常数RLC足够大(比信号的最长周期还大得多),就可以认为用电容C和一个电源V CC可代替原来的+V CC和-V CC两个电源的作用。
值得指出的是,采用一个电源的互补对称电路,由于每个管子的工作电压不是原来的V CC,而是V CC/2,即输出电压幅值V om最大也只能达到约V CC/2,所以前面导出的计算Po、P T、和P V的最大值公式,必须加以修正才能使用。
修正的方法也很简单,只要以V CC/2代
替原来的公式中的V CC即可。
二、自举电路
图5
图5电路是前面已讨论的单电源互补对称电路,它虽然解决了工作点的偏置和稳定问题,但在实际运用中还存在其他方面的问题。
如输出电压幅值达不到Vom=V CC/2。
现分析如下。
在额定输出功率情况下,通常输出级的BJT是处在接近充分利用的状态下工作。
例如,当v I为负半周最大值时,i C3最小,v B1接近于+V CC,此时希望T1在接近饱和状态工作,即v CE1= V CES,故K点电位v K= +V CC-V CES » V CC。
当v i为正半周最大值时,T1截止,T2接近饱和导电,v K=V CES»0。
因此,负载RL两端得到的交流输出电压幅值V om= V CC/2。
上述情况是理想的。
实际上,图5的输出电压幅值达不到V om= V CC/2,这是因为当v i 为负半周时,T1导电,因而i B1增加,由于R c3上的压降和v BE1的存在,当K点电位向+V CC 接近时,T1的基流将受限制而不能增加很多,因而也就限制了T1输向负载的电流,使RL 两端得不到足够的电压变化量,致使Vom明显小于V CC/2。
如何解决这个矛盾呢?如果把图5中D点电位升高,使V D >+V CC,例如将图中D点与+V CC的连线切断,V D由另一电源供给,则问题即可以得到解决。
通常的办法是在电路中引入R3,C3等元件组成的所谓自举电路,如图6所示。
图6
在图6中,当v I =0时,v D=V D=V CC-I c3R3,而v K=V K=V CC/2,因此电容T1两端电压被充电到V C3=V CC/2-I c3R3。
当时间常数R3C3足够大时,v C3(电容C3两端电压)将基本为常数(v C3»V C3),不随v i而改变。
这样,当v i为负时,T1导电,v K将由V CC/2向更正方向变化,考虑到v D=v C3+v K=V C3+v K,显然,随着K点电位升高,D点电位v D也自动升高。
因而,即使输出电压幅度升得很高,也有足够的电流i B1,使T1充分导电。
这种工作方式称为自举,意思是电路本身把v D提高了。
小结
l 功率放大电路是在大信号下工作,通常采用图解法进行分析。
研究的重点是如何在允许的失真情况下,尽可能提高输出功率和效率。
2 与甲类功率放大电路相比,乙类互补对称功率放大电路的主要优点是效率高,在理想情况下,其最大效率约为7.85%。
为保证BJT安全工作,双电源互补对称电路工作在乙类时,器件的极限参数必须满足:P CM>P T1≈0.2 Pom,|V(BR)CEO|>2V CC,I CM>V CC/R L。
3 由于BJT输入特性存在死区电压,工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真,克服交越失真的方法是采用甲乙类(接近乙类)互补对称电路。
通常可利用二极管或V BE扩大电路进行偏置。
4 在单电源互补对称电路中,计算输出功率、效率、管耗和电源供给的功率,可借用双电源互补对称电路的计算公式,但要用V CC/2代替原公式中的V CC。
5 在集成功放日益发展,并获得广泛应用的同时,大功率器件也发展迅速,主要有达林顿管、功率VMOSFET和功率模块。
为了保证器件的安全运行,可从功率管的散热、防止二次击穿、降低使用定额和保护措施等方面来考虑。