甲乙类互补对称功率放大电路

2011-07-12 16:25:34来源: 互联网

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 。

当加入信号vi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-VCC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VCC可代替原来的+VCC和-VCC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VCC,而是VCC/2,即输出电压幅值Vom最大也只能达到约VCC/2,所以前面导出的计算Po、PT、和PV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VCC/2代替原来的公式中的VCC即可。

二、自举电路

图1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=VCC/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vI为负半周最大值时,iC3最小,vB1接近于+VCC,此时希望T1在接近饱和状态工作,即vCE1= VCES,故K点电位vK= +VCC-VCES » VCC。当vi为正半周最大值时,T1截止,T2接近饱和导电,vK=VCES»0。因此,负载RL两端得到的交流输出电压幅值Vom= VCC/2。

上述情况是理想的。实际上,图1的输出电压幅值达不到Vom= VCC/2,这是因为当vi为负半周时,T1导电,因而iB1增加,由于Rc3上的压降和vBE1的存在,当K点电位向+VCC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VCC/2。

如何解决这个矛盾呢?如果把图1中D点电位升高,使VD >+VCC,例如将图中D点与+VCC的连线切断,VD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R3C3等元件组成的所谓自举电路,如图2所示。

在图2中,当vI =0时,vD=VD=VCC-Ic3R3 ,而vK=VK=VCC/2,因此电容T1两端电压被充电到VC3=VCC/2-Ic3R3。

当时间常数R3C3足够大时,vC3(电容C3两端电压)将基本为常数(vC3 »VC3),不随vi而改变。这样,当vi为负时,T1导电,vK将由VCC/2向更正方向变化,考虑到vD=vC3+vK=VC3+vK ,显然,随着K点电位升高,D点电位vD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iB1,使T1充分导电。这种工作方式称为自举,意思是电路本身把vD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。

l 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:PCM>PT1≈0.2 Pom,|V(BR)CEO|>2VCC,ICM>VCC/RL。

l 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VBE扩大电路进行偏置。

l 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VCC/2代替原公式中的VCC。

l 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。

关键字:放大电路

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0712/article_10536.html
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