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互补推挽式功率拓宽电路

2017-04-11 10:39分类:电工考证知识 阅读:

  甲类作业状况晶体管存在疑问 → 乙类作业状况晶体管管耗小功率高(但存在非线性,即交越失真) → 甲乙类作业状况晶体管(但存在功率管匹配异型艰难) → 准互补对称拓宽电路(OCL) → 单电源互补功率拓宽电路(OTL) → 变压器耦合功率拓宽电路
1、互补对称式乙类功率拓宽电路
1.构造
图9.1(a)所示电路选用两个NPN和PNP管各一只,且特性对称,构成互补对称式射极输出器。简称OCL电路,意为无输出耦合电容。


2.作业原理
静态时: u i =0 → I C2 = I C2 =0 (乙类作业状况) → u o =0 。
动态时: u i >0 → VT2导通,VT3截止 → i o = i C2 ;
u i <0 → VT3导通,VT2截止 → i o =− i C3 。
特征:
(1) I BQ 、 I CQ 等于零。
(2)两管均作业半个周期。
3.剖析核算
(1)输出功率
由电路可知,输出电压 U o 改动方案为: 2( U CC − U ces )=2 I CM × R L
若疏忽管子丰满压降 U ces ,则:
输出电流最大值 I CM = U CC R L
输出电压最大值 U CM = U CC
输出最大功率 P OM = I CM 2 × U CM 2 = U CC 2 R L × U CC 2 = U CC 2 2 R L
(2)直流电源供应的功率
由于两管各导通半个周期(不思考失真),每个电源只供应半个周期的电流,且每管电流均匀值为
I C = 1 2π ∫ 0 π i C2 d(ω t) = 1 2π ∫ 0 π I CM sin⁡(ω t)d(ω t) = 1 2π U CC R L [ −cos⁡ω  t ] 0 π = 1 2π U CC R L ×2= 1 π U CC R L
所以,总功率为 P V =2 I C U CC = 2 π U CC 2 R L
(3)功率
η= P OM P V = π 4 =78.5%
(4)晶体管耗散功率
2 P T = P V − P OM = 2 π U CC I CM − 1 2 U CC I CM = 2 U CC U CM π R L − U CM 2 2 R L
将上式对 U CM 求导并令其为零,得:
d P T d U CM = 2 U CC π R L − U CM R L =0
即 U CM = 2 π U CC ≈0.64 U CC
代入上式,可求得最大管耗
2 P T = 2 U CC π R L 2 U CC π − 1 2 R L ( 2 U CC π ) 2 = 4 π 2 U CC 2 2 R L = 4 π 2 P OM ≈0.4 P OM
4.缺陷
电路存在交越失真。如图9.1(b)图所示,是由于三极管的死区电压所构成,属非线性失真。
2、互补对称式甲乙类功率拓宽电路
1.甲乙类双电源互补对称电路
(1)根柢作业原理
图9.2(a)所示电路中除添加驱动级VT1管外,还添加了两只二极管VD1、VD2,意图是树立必定的直流偏置,偏置电压大于管子死区电压,以打败交越失真。此刻管子作业于甲乙类状况。
静态:运用VT1基极电流在VD1、VD2的正向压降给VT1、VT3两管供应基极偏置电压,发射结电位别离为VD1、VD2的正导游通压降,致使两管处于纤细导通状况——甲乙类状况。
两管静态电流持平,负载上无静态电流,输出电压 U o =0 。
动态:当有沟通讯号输入时,VD1和VD2的沟通电阻很小,可视为短路,然后确保两管基极输入信号凹凸根柢持平。两管轮番作业, i C2 、 i C3 波形如图9.2(b)所示,由于负载电流为两者之差,反相相加后得到的, i o 波形如图9.2(b)所示,显着改进了交越失真。


(2)剖析核算
在疏忽VT2、VT3管的丰满压降时,该电路的最大输出功率和功率与乙类一样。
(3)电路存在疑问
榜首:当央求输出功率较大时,央求推进功率管的基极电流也要很大,而由于功放管的 β 不会很大,所以驱动级VT1要供应大电流难以做到。
第二:两只大功率异型管的的配比照照艰难,难以做到特性对称。
2.准互补对称式功率拓宽电路
为处理上述疑问,能够添加复合管VT2、VT4 → 替代VT2;VT3、VT5 → 替代VT3。这么,既拓宽了电流驱动才调,一同也运用同类型的VT4、VT5作为输出管,较好地完毕了特性匹配的意图。如图9.3所示。


3.单电源互补对称式功率拓宽电路(OTL)
实习电路中,如收音机、扩音机中,常选用单电源供电。单电源供电常选用变压器耦合,这儿省掉了变压器,称为无输出变压器。简称OTL电路,如图9.4所示。
(1)根柢作业原理
静态:因两管对称,VT2、VT3两管发射极e的电位 U E = 1 2 U CC ,负载无电流。
动态: u i >0 → VT2导通,VT3截止 → 对负载供电,并对 C 充电; u i <0 → VT3导通,VT2截止 → 电容 C 经过VT3、 R L 放电坚持负半周电流(电容 C 恰当于电源)。
留神:应挑选满意大的电容C,以坚持其上电压根柢不变,确保负载上得到的沟通讯号正负半周对称。
(2)剖析核算
同OCL电路剖析一样,纷歧样的本地只需将式中的 U CC 改为 1 2 U CC 即可,得:
P OM = 1 8 U CC 2 R L
P V = 1 2π U CC 2 R L
η= P OM P V = π 4 =78.5%
(3)存在疑问
在图9.4 中,当e点电位添加时,b点电位根柢不变,VT2管基极电流减小,负载电流减小,使得输出电压正方向改动的凹凸遭到绑缚,远小于 1 2 U CC 。


4.自举电路
添加电容 C 3 和电阻 R 3 ,如图9.5所示,靠电路自身举高 p 点电位,原理如下: u p = U CC − I C1 R 3 u e = 1 2 U CC U C3 = u p − u e }⇒ U C3 = 1 2 U CC − I C1 R 3
若电容 C 3 满意大,充电后 U C3 根柢不变,为一常数。
由于 u p = U C3 + u e
显着 u e ↑ → u p ↑
即e点电位添加 → p点电位随之添加 → VT2充沛导通 → 确保负载两头有满意大的电压改动量。
3、变压器耦合推挽功率拓宽电路
前述电路,虽各有特征,但在负载RL过大或过小时,对负载管的耐压或耐流值央求过高,通常的处理办法即是运用变压器将实习的负载改换成最好负载,完毕阻抗匹配,电路如图9.6所示。


1.作业原理
静态时: u i =0 → i C1 、 i C2 均为0 → u 0 =0 。
动态时: u i >0 → VT1导通,VT2截止 → i o = i C1 ; VT2导通,VT1截止 → i o = i C2 。
经过变压器Tr2将两个半周构成为一个无缺的正弦波,并经过变比 n ,将 R L 成为 n 2 R L ,以完毕阻抗匹配。
2.剖析核算
输出功率为:
P OM = U CC n R L
其间 n= N 1 N 2
N 1 ——变压器Tr2原边绕组匝数的一半
N 2 ——Tr2副边绕组匝数
总输出功率为:
η ′ = η Tr η
其间 η Tr ——变压器功率
η ——晶体管输出功率
3.利益:可便当完毕阻抗匹配,取得最好负载。
缺陷:体积大、功率低、频率特性差,且不易集成。
常用于央求输出较大功率较大的状况。


4、集成功率拓宽电路简介
图9.7(a)示电路为国产通用型集成功率拓宽器5G31,其间首要环节有:
(1)前置拓宽级(输入级)——VT1 、VT2和电阻 R 1 、 R 2 、 R 3 、 R 4 、 R 5 、 R F1 和 R F2 等构成单入、单出的差放电路。
(2)基地拓宽级——由三极管VT3和VT4构成。VT3为VT4的偏置管,对信号进行二次拓宽。
(3)推进级——VT5、VT6、VT7、VT8和 R 7 构成。VT5、VT6、VT7具有温度抵偿效果,可安稳输出级静态电流,并为输出级经过恰当偏置以消除交越失真。
(4)功率拓宽级——复合管VT9、VT十为NPN管,复合管VT11、VT12和VT13为PNP管,一同构成互补输出级,为准互补甲乙类功率拓宽电路。
5G31实习运用电路和外部接线如图9.7(b)所示。

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