補(bǔ)充功率放大電路.ppt

,Home,9.功率放大電路,9.1 功率放大電路概述,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,本章主要講述功率放大電路的基本原理和基本分析方法。重點(diǎn)掌握功率放大電路的有關(guān)基本概念：晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)，最大輸出功率，轉(zhuǎn)換效率，交越失真等；掌握OCL的工作原理，并估算最大輸出功率和效率；正確理解功率放大電路的組成原則，了解功放管的選擇方法。,Home,內(nèi)容簡介,9.功率放大電路,例1： 擴(kuò)音系統(tǒng),功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,9.1 功率放大電路概述,（3）功放管的保護(hù)：管子工作在接近極限狀態(tài)。,Home,Next,9.1 功率放大電路概述,特點(diǎn),功率放大電路是一種能夠向負(fù)載提供足夠大的功率的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。 管子工作在接近極限狀態(tài)。 一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。,要解決的問題,（1）提高轉(zhuǎn)換效率：在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的輸出功率；,（2）減小失真：工作于大信號狀態(tài)容易產(chǎn)生非線性失真。,1. 功率放大電路的特點(diǎn),無本質(zhì)的區(qū)別，都是能量的控制與轉(zhuǎn)換。不同之處在于，各自追求的指標(biāo)不同：電壓放大電路追求不失真的電壓放大倍數(shù)；功率放大電路追求盡可能大的不失真輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。,9.1 功率放大電路概述,主要技術(shù)指標(biāo),（1）最大輸出功率Pom ：在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載可能獲得的最大交流功率。,分析方法,工作于大信號狀態(tài)，功放管的非線性不可忽略，宜采用圖解分析法。,Back,Next,Home,（2）轉(zhuǎn)換效率 ：最大輸出功率與電源提供的功率之比，即,思考題：功率放大電路與前面介紹的電壓放大電路有本質(zhì)上的區(qū)別嗎？,9.1 功率放大電路概述,Back,Next,Home,三極管根據(jù)正弦信號整個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，可分為幾個工作狀態(tài)：,乙類： = 180,甲類： = 360,甲乙類：180 360,丙類： 180,思考題：功率放大電路中電源的功率除了提供給負(fù)載外，其余的消耗在什么地方？,思考題：功放中的功放管采用哪種工作狀態(tài)最合適？,提高功放效率的根本途徑是減小功放管的功耗。,2. 晶體管的工作狀態(tài),采用甲乙類工作狀態(tài)最合適，因?yàn)榧最愋侍停愂д嫣?，乙類會產(chǎn)生交越失真。,9.1 功率放大電路概述,Back,Next,Home,變壓器耦合乙類推挽功率放大電路,優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換。,缺點(diǎn)：體積龐大、笨重、消耗有色金屬，且效率較低（變壓器損耗），低頻和高頻特性都差。,3. 功放的幾種基本電路形式,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。,類型：,9.1 功率放大電路概述,Back,Next,Home,無輸出電容（OCL）乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路,優(yōu)點(diǎn)：直接耦合，頻率特性好。,缺點(diǎn)：雙電源供電。,9.1 功率放大電路概述,Back,Home,無輸出變壓器（OTL）乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路,優(yōu)點(diǎn)：單電源供電。,缺點(diǎn)：低頻特性差。,靜態(tài)時：基極電位為Vcc/2，由于電容C 的容量足夠大，若初始電壓為0，則基極電壓通過T1管發(fā)射結(jié)向電容C充電，直至近似為Vcc/2為止。 輸入信號正半周電源Vcc向T1管供電；輸入信號負(fù)半周，電容C上存儲的電壓Vcc/2向T2管供電。,9.2.1 無輸出電容的互補(bǔ)對稱功放電路,一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）,電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,1. 由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。,2. 雙電源供電。,3. 輸入輸出端不加隔直電容。,動態(tài)分析：,ui 0V,T1截止，T2導(dǎo)通,ui 0V,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。,因此，不需要隔直電容。,靜態(tài)分析：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:,死區(qū)電壓,交越失真：輸入信號 ui在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。,(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管導(dǎo)通時間等于半個周期 ； (3) 存在交越失真。,乙類放大的特點(diǎn)：,思考題： ui可以從A或B點(diǎn)接入嗎？,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Next,Home,1. OCL功率放大電路的組成及工作原理,OCL電路的交越失真,仿真,仿真,因?yàn)樵趗i 為0時，晶體管已經(jīng)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，其導(dǎo)通角大于180o，所以晶體管處于甲乙類工作狀態(tài)。,三、電路的改進(jìn),1. 克服交越失真,交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在非線性，ui uT時晶體管截止。,克服交越失真的措施：電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、 D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；,動態(tài)時：設(shè) ui 加入正弦信號。正半周 T2 截止，T1 基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2 基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。,2. OCL電路的輸出功率和效率,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,負(fù)載RL上的平均功率,電源消耗的平均功率,轉(zhuǎn)換效率,管耗PT,負(fù)載RL上的平均功率,電源消耗的平均功率,轉(zhuǎn)換效率,管耗PT,2. OCL電路的輸出功率和效率,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,負(fù)載RL上電壓的最大幅值,此時，有效值為：,當(dāng)考慮三極管的飽和壓降時,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,3. OCL電路中晶體管的選擇,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,最大管壓降：,集電極最大電流：,集電極最大功耗：,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Home,9.2.2 無輸出變壓器的互補(bǔ)對稱功放電路,一、特點(diǎn),1. 單電源供電；,2. 輸出加有大電容。,二、靜態(tài)分析,則 T1、T2 特性對稱，,令：,三、動態(tài)分析,設(shè)輸入端在 0.5USC 直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號。,若輸出電容足夠大， UC基本保持在0.5USC ，負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。,時，T1導(dǎo)通、T2截止；,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,負(fù)載RL上電壓的最大幅值,四、輸出功率及效率,9.2 互補(bǔ)功率放大電路,Back,Next,Home,實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路,調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：電阻值12，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。,差動放大級,反饋級,偏置電路,共射放大級,UBE 倍增 電路,恒流源 負(fù)載,準(zhǔn)互補(bǔ)功放級,保險管,負(fù)載,實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：,9.3 實(shí)際功放電路,這里介紹一個實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ：,(1) 恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）； (2) 偏置電路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源負(fù)載（T5）； (4) OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）； (5) 負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）； (6) 共射放大級（T4）； (7) 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）； (8) UBE倍增電路（T6、R2、R3）； (9) 調(diào)整輸出級工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,集成功放 LM384 外部電路典型接法：,調(diào)節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁路電容,低通濾波,去除高頻噪聲,輸入信號,輸出耦合大電容,7.1 概述,2. 理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)和工作特性,（1）理想集成運(yùn)放的性能指標(biāo),實(shí)際集成運(yùn)放的特性很接近理想集成運(yùn)放，我們僅僅在進(jìn)行誤差分析時，才考慮理想化后造成的影響，一般工程計(jì)算其影響可以忽略。,開環(huán)差模增益：,差模輸入電阻：,輸出電阻：,共模抑制比：,上限截止頻率：,失調(diào)電壓、電流及其溫漂：均為0。,Back,Home,Next,7.1 概述,（2）理想集成運(yùn)放工作于線性區(qū),理想運(yùn)放工作于線性區(qū)：,“虛短”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電位“無窮”接近，好象短路一樣，但卻不是真正的短路。,Back,Home,Next,“虛斷”：運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于0，好象斷路一樣，