电子技术基础教案5.docx

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电子技术基础教案5

海南省三亚技工学校海南三亚中等职业技术学校理论课教案

任课教师

姓名

郜普艳

任课

班级

11电气雨露

科目

电子技术基础

授课日期

第6周星期3（3月21日）

本教案授课节数

2

审批

课题

§2-6功率放大电路

课型

理论课

教学

目的

1.知识目标：

使学生掌握功率放大电路的基本任务和特点。

2.能力目标：

使学生对功率放大电路有更具体的学习及认识。

3.德育目标：

培养学生养优良的道德品质，及良好的职业道德。

教学

重点

1.使学生掌握功率放大电路的基本基本任务和特点。

教学

难点

1.使学生掌握功率放大电路的基本基本任务和特点。

教学方法

教学手段

教具设备

1.教学教具：

实物教具

2.教学方法：

讲解法、提问启发法、谈话教学法、讨论教学法、案例教学法、归纳总结法

课前准备：

教室、教学教具的准备落实到位

教学过程（含课前准备、组织教学、复习提问、导入新课、讲授新课、练习巩固新课、总结、布置作业及预习；板书板画设计与时间分配）

教学过程

一、组织教学：

（1）由班长组织学生提前5分钟进入课堂点名考勤；检查学生着装，仪容仪表，准备上课。

（2）上课，师生问候：

师：

“上课！

”，班长：

“起立！

”，师：

“同学们好！

”，生：

“老师好！

”，师“请坐！

”

二、复习提问：

引入负反馈对放大电路的性能有哪几方面的影响？

备注

（3分钟）

提问法

三、导入新课：

电子设备是要驱动负载工作的，如收音机中的扬声器（喇叭）要发出声音，电动机要旋转，继电器触点要动作，记录仪表要指示数据等。

这些负载需要供给足够的功率才能发挥其功能。

§2-5功率放大电路

四、讲授新课

1.基本任务

把微弱信号放大，输出功率不一定大。

2.特点

基于输出较大功率的基本任务，对功率放大电路的讨论主要针对以下几个方面。

1）大信号工作状态

为输出足够大的功率，功率放大电路的输出电压、电流幅度都比较大，因此，功率放大管的动态工作范围很大，功放管中的电压、电流信号都是大信号状态，一般以不超过晶体管的极限参数为限度。

2）非线性失真问题

由于功放管的非线性，功率放大电路又工作在大信号工作状态，必然导致工作过程中会产生较大的非线性失真。

输出功率越大，电压和电流的幅度就越大，信号的非线性失真就越严重。

因而如何减小非线性失真是功率放大电路的一个重要问题。

3）提高功率放大电路的效率、降低功放管的管耗

从能量转换的观点来看，功率放大电路提供给负载的交流功率是在输入交流信号的控制下将直流电源提供的能量转换成交流能量而来的。

任何电路都只能将直流电能的一部分转换成交流能量输出，其余的部分主要是以热量的形式损耗在电路内部的功放管和电阻上，并且主要是功放管的损耗。

对于同样功率的直流电能，转换成的交流输出能量越多，功率放大电路的效率就越高。

因为功率大，所以效率的问题就变得十分重要，否则，不仅会带来能源的浪费，还会引起功放管的发热而损毁。

3.功率放大电路的工作状态与效率的关系

提高效率对于功率放大电路来说非常重要，那么，怎样才能最大限度地提高效率呢？

在小信号放大电路中，在保证输出信号不失真的情况下，应将放大电路的工作点选得尽可能地低，以便减小静态工作点电流，降低静态功率损耗。

损耗小了，电路的效率自然就提高了。

4.低频功率放大器

1）对功率放大器的基本要求

（1）有足够大的输出功率；

（2）效率要高；

（3）非线性失真要好；

（4）功放管的散热要好。

2）分类

（1）按功放管工作点的位置不同分：

低频功率放大电路的三种工作状态

（a）甲类工作状态;（b）甲乙类工作状态;（c）乙类工作状态

（2）按功放输出端特点不同分：

Ø变压器耦合功率放大器；

Ø无输出变压器功率放大器（OTL电路）；

Ø无输出电容功率放大器（OCL电路）；

后两者应用很广泛。

五、课堂练习

请同学们简单写出功率放大器的基本任务和特点？

六、课堂小节

1.电路对低频功率放大器的基本要求？

2.低频功率放大器的分类？

七、布置作业及预习

1．布置作业：

P54页习题15题；

2．预习：

互补对称功率放大器的内容。

七、教学后记

备注

（2分钟）

导入法

板书

（25分钟）

讲述法

谈话法

讲解法

案例教学法

（12分钟）

练习法

（2分钟）

归纳法

总结法

（1分钟）

海南省三亚技工学校海南三亚中等职业技术学校理论课教案

任课教师

姓名

郜普艳

任课

班级

11电气雨露

科目

电子技术基础

授课日期

第6周星期4（3月22日）

本教案授课节数

2

审批

课题

§2-6功率放大电路

课型

理论课

教学

目的

1.知识目标：

使学生掌握双电源互补对称功率放大电路的基本概念及工作原理。

2.能力目标：

使学生对双电源互补对称功率放大电路有更具体的学习及认识。

3.德育目标：

培养学生养优良的道德品质，及良好的职业道德。

教学

重点

2.使学生掌握双电源互补对称功率放大电路的基本概念及工作原理。

教学

难点

2.使学生掌握双电源互补对称功率放大电路的工作原理。

教学方法

教学手段

教具设备

1.教学教具：

实物教具

2.教学方法：

讲解法、提问启发法、谈话教学法、讨论教学法、案例教学法、归纳总结法

课前准备：

教室、教学教具的准备落实到位

教学过程（含课前准备、组织教学、复习提问、导入新课、讲授新课、练习巩固新课、总结、布置作业及预习；板书板画设计与时间分配）

教学过程

一、组织教学：

（1）由班长组织学生提前5分钟进入课堂点名考勤；检查学生着装，仪容仪表，准备上课。

（2）上课，师生问候：

师：

“上课！

”，班长：

“起立！

”，师：

“同学们好！

”，生：

“老师好！

”，师“请坐！

”

二、复习提问：

功率放大电路的任务及特点分别是什么？

备注

（3分钟）

提问法

三、导入新课：

甲类功率放大电路输出波形较好，但因管耗大，效率较低。

乙类功率放大电路，虽然管耗较小，有利于提高效率，但存在严重的失真，会使输入信号的半周被削掉。

但若采用两个导电性相反的管子，使他们都工作在乙类放大状态，一个在正半周工作，另一个在负半周工作，同时把两个输出波形加到负载上，在负载上得到完整的输出波形，这样就解决了效率与失真的矛盾。

§2-5功率放大电路

四、讲授新课

1．补对称功率放大器概念

由于两只三极管工作特性对称，互不对方不足，故称为互补对称功率放大器。

2.双电源互补对称电路（OCL电路）

采用正、负两个直流电源供电的互补对称电路称为双电源电路。

一般，这两个直流电源大小相同，极性相反。

（1）乙类双电源互补对称功率放大电路

图6-2为采用正、负双电源的互补对称功率放大电路。

我们发现，它和第3章集成运算放大器中介绍的互补对称输出级是一样的。

实际上集成运算放大器的输出级也需要在输出一定功率的基础上提高效率，并具有较强的带负载能力，因而也采用互补对称的电路结构。

现在，我们以功率放大电路的观点，对这个电路进行更详细的分析。

乙类双电源互补对称功率放大电路

电路组成

在这个电路中，和集成运放的输出级一样，有两个互补的三极管——NPN管V1和PNP管V2，V1和V2的特性尽可能相同，两个管子接成基极相连、发射极相连的对称的射极输出器形式，所以叫做互补对称功率放大电路。

工作原理

静态时，两管因没有基极偏置而处于截止状态，集电极静态电流约为零（只有很小的穿透电流ICEO），即V1和V2的静态工作点为IC1=IC2=0，UCE1=-UCE2=UCC，设置于截止区内，两功放管属于乙类工作状态，输出电压为零，静态损耗也近似为零。

图解分析

功率放大电路是大信号工作，需要用图解法对图6-2的互补对称功率放大电路进行分析。

由于电路的互补对称，V1、V2两管一个负责正半周，一个负责负半周，工作过程相似，只是工作电流、电压极性相反，因此只要分析V1或V2的工作情况，就可得到整个电路的工作情况。

下面对V1管的工作情况进行图解。

乙类双电源互补对称功率放大电路图解分析（正半周）

技术指标

a.输出功率Po和最大不失真输出功率Pom

b．直流电源提供的功率PE

电源提供的功率随输出信号的增大而增大，这和甲类功放相比有本质的区别。

c．效率η

d．管耗PV与功率三极管的选择

在忽略其他元件的损耗时，电源供给的功率与放大器输出功率之差，就是两个管子的管耗。

在实际应用中，功率三极管的选择主要依据以下的原则：

第一，每只功率三极管的最大允许管耗PCM必须大于0.2Pom。

如要求输出最大功率为10W，则应选择两只最大集电极功耗PCM≥2W的三极管即可，当然还可以适当考虑余量。

第二，当V2导通时，V1截止，所以当V2饱和时，UCE1得到最大值2UCC，因此，应选用耐压∣U（BR）CEO∣＞2UCC的管子。

第三，所选管子的ICM应大于电路中可能出现的最大集电极电流UCC/RL。

e．交越失真

和集成运算放大器的输出级一样，由于功率三极管存在死区电压（硅管约为0.5V），只有当输入信号的幅值大于0.5V（对于V2应小于0.5V）以后，三极管才逐渐导通。

因此输出波形在输入信号零点附近的范围出现交越失真,如图6-4所示。

为了克服交越失真，可以利用PN压降、电阻压降或其他元器件压降给两个三极管的发射结加上正向偏置电压，使两个三极管在没有信号输入时处于微导通的状态。

由于此时电路的静态工作点已经上移进入了放大区（为了降低损耗，一般将静态工作点设置在刚刚进入放大区的位置），因此功率放大电路的工作状态由乙类变成了甲乙类。

乙类双电源互补对称功率放大电路的交越失真

（a）乙类双电源互补对称功放电路；（b）交越失真波形

（2）甲乙类双电源互补对称功率放大电路

电路组成与工作原理

甲乙类双电源互补对称功率放大电路的原理电路如图6-5所示，V1、V2构成互补对称功率放大电路，V3为输出级的前置级，电流源IC3给V3、VD1和VD2提供静态偏置电流。

静态时，电流IC3在VD1、VD2上产生静态压降，给V1、V2的发射结提供静态偏置，使V1、V2的静态集电极电流不为0，V1、V2处于甲乙类放大状态，V1的静态工作点如图6-6所示。

由于电路结构对称，静态时IC1=IC2，因此RL中无静态电流过，输出电压仍然为零。

甲乙类双电源互补对称功率放大电路

甲乙类电路的静态工作点

有输入信号时，VD1、VD2的动态电阻很小，所以VD1、VD2上的交流压降也很小，基本不影响动态特性，可以认为加在两个功放管上的交流信号是一样的。

由于V1、V2已经处于导通状态，即使输入信号较小，依然可以被功放管输出给负载，由此消除了交越失真。

只要改变R1、R2的比值，就可以改变V1、V2的偏置电压值，在集成电路中经常可以见到这种电路结构。

偏置可调的甲乙类双电源互补对称功率放大电路

主要技术指标的计算

由上图可以看出，为了提高功率放大电路的效率，在保证消除交越失真的同时，甲乙类电路的静态工作点位置仅比截止区稍高一点，集电极电流依然是一个相当小的数值，因此功率损耗只是略有增加，效率仍接近于原来的乙类互补对称电路，乙类功放的计算公式完全可以适用于甲乙类电路。

五、课堂练习

请同学们简单写出双电源供电的互补功率放大器的两种类型？

再分别简述他们的工作原理。

六、课堂小节

1.双电源供电的互补功率放大器的工作原理？

（1）乙类

（2）甲乙类

七、布置作业及预习

1．布置作业：

P54页习题15题；

2．预习：

单电源供电的互补功率放大器的内容。

七、教学后记

备注

（2分钟）

导入法

板书

（25分钟）

讲述法

谈话法

讲解法

案例教学法

（12分钟）

练习法

（2分钟）

归纳法

总结法

（1分钟）

海南省三亚技工学校海南三亚中等职业技术学校理论课教案

任课教师

姓名

郜普艳

任课

班级

11电气雨露

科目

电子技术基础

授课日期

第6周星期4（3月22日）

本教案授课节数

2

审批

课题

§2-6功率放大电路

课型

理论课

教学

目的

1.知识目标：

使学生掌握单电源互补对称功率放大电路的基本概念及工作原理。

2.能力目标：

使学生对单电源互补对称功率放大电路有更具体的学习及认识。

3.德育目标：

培养学生养优良的道德品质，及良好的职业道德。

教学

重点

3.使学生掌握单电源互补对称功率放大电路的基本概念及工作原理。

教学

难点

3.使学生掌握单电源互补对称功率放大电路的工作原理。

教学方法

教学手段

教具设备

1.教学教具：

实物教具

2.教学方法：

讲解法、提问启发法、谈话教学法、讨论教学法、案例教学法、归纳总结法

课前准备：

教室、教学教具的准备落实到位

教学过程（含课前准备、组织教学、复习提问、导入新课、讲授新课、练习巩固新课、总结、布置作业及预习；板书板画设计与时间分配）

教学过程

一、组织教学：

（1）由班长组织学生提前5分钟进入课堂点名考勤；检查学生着装，仪容仪表，准备上课。

（2）上课，师生问候：

师：

“上课！

”，班长：

“起立！

”，师：

“同学们好！

”，生：

“老师好！

”，师“请坐！

”

二、复习提问：

双电源供电的功率放大器的电路组成？

备注

（3分钟）

提问法

三、导入新课：

OCL电路的低频响应好、便于集成化，但需要两个独立的电源，有时使用不太方便。

下面介绍可以使用单电源的互补对称功率放大电路，叫做OTL（OutputTransformerless，无输出变压器）电路OTL电路也有乙类和甲乙类的区别，同样，为了消除交越失真，在实际电路中采用了甲乙类功率放大电路。

§2-5功率放大电路

四、讲授新课

单电源互补对称电路（OCL电路）

1.电路组成

下图为甲乙类单电源互补对称功率放大电路，V3为前置放大级。

和甲乙类OCL电路相比，只用了一个正电源UCC，但在输出端增加了一个大容量的耦合电容C。

只要适当选择Rb、Rc和Re的数值，就可以得到一定的IC3，通过两个二极管给功率输出管加上合适的偏置电压，使V1、V2工作在甲乙类状态。

静态时，由于输出功率管对称，两管的发射极E点电位为UE=UCC/2，电容C被充电至UCC/2。

由于电容C的隔直作用，RL上无电流流过，输出电压为零。

甲乙类单电源互补对称功率放大电路

准互补对称功率放大电路

下图为桥式互补对称功率放大电路。

其电路结构类似于差动放大电路，由两个对称的OTL电路（OCL电路也可）组成。

其中V1、V3组成一组互补对称电路，V2、V4组成另一组互补对称电路，负载RL接在两个互补对称电路的输出端E1和E2之间。

这样，晶体管V1～V4组成了电桥的四个臂，故称为桥式互补对称电路。

桥式互补对称功率放大电路（BTL电路）

由于电路对称，静态时UE1=UE2=UCC/2，RL上没有电流通过，输出电压uo=0。

动态时要求给BTL电路加入一对大小相等，相位相反的输入信号。

假设正弦输入信号ui1为正半周，ui2为负半周时，V1、V4导通，V2、V3截止，电流iC14由电源UCC经V1、RL、V4流向地，在负载上的电流方向是从E1到E2，负载上得到了正半周的输出波形。

当ui1为负半周，ui2为正半周时，V2、V3导通，V1、V4截止，电流iC23从UCC经V2、RL、V3流向地，负载上流过的电流方向是从E2到E1，得到了负半周的输出波形。

当ui1为负半周，ui2为正半周时，V2、V3导通，V1、V4截止，电流iC23从UCC经V2、RL、V3流向地，负载上流过的电流方向是从E2到E1，得到了负半周的输出波形。

4个功率管分成两组，轮流导通，负载RL获得了一个完整的正弦波输出电压。

由于输入一对大小相等、极性相反的正弦输入信号时，E1和E2两点的电位总是大小相等、方向相反的，在忽略管子的饱和压降情况下，负载上获得的最大不失真输出电压约为UCC，是同样的单电源OTL电路的两倍。

而OCL电路为双电源供电，所以用±UCC/2双电源供电的OCL电路才有可比性，那么，BTL电路的最大不失真输出电压仍然是OCL电路的两倍。

由于功率和电压是平方关系，BTL电路的最大不失真输出功率为OTL或OCL电路的四倍

BTL电路结构框图

3.实际功率放大电路举例

下图为一个甲乙类准互补对称OCL功率放大电路。

由输入级、前置级、准互补对称输出级和其他辅助电路构成。

V1、V2组成单入单出的差动输入级，从V1的基极输入信号，集电极取出信号，送至前置级V3的基极。

前置级由PNP管V3构成共发射极放大电路，负责为功率输出级提供激励信号。

二极管VD1、VD2和电阻R7、热敏电阻R15为输出功率管提供偏置，使输出管处于甲乙类工作状态。

甲乙类准互补对称OCL电路

R15选择具有负温度系数的热敏电阻，二极管VD1、VD2的正向导通压降也具有负温度系数。

所以，当温度升高导致功率管的静态工作点上移、集电极电流增大时，UAB下降，功率管的发射结电压下降，抑制了集电极电流的增加，从而起到稳定输出级静态工作点的作用。

本电路的输出级由V4、V5两个同型管复合成NPN型输出管，V6、V7两个异型管复合成PNP管，组成准互补对称功率电路。

五、课堂练习

请同学们简单写出单电源供电的互补功率放大器的几种类型？

再分别简述他们的工作原理。

六、课堂小节

1.单电源供电的互补功率放大器的工作原理？

（1）乙类

（2）甲乙类

七、布置作业及预习

1．布置作业：

P54页习题15题；

2．预习：

单电源供电的互补功率放大器的内容。

七、教学后记

备注

（2分钟）

导入法

板书

（25分钟）

讲述法

谈话法

讲解法

案例教学法

12分钟

练习法

（2分钟）

归纳法

总结法

（1分钟）