《功率放大電路》PPT課件.ppt

1、第4章 功率放大電路,4.2互補對稱功率放大電路,4.3改進型OCL電路,4.1概述,4.4集成功放及其應(yīng)用,小 結(jié),4.1 概述,4.1.1 功率放大的特點及主要性能指標(biāo),Pomax 大，三極管工作在盡限狀態(tài),= Pom / PV 要高,非線性失真要小,特點,晶體管的散熱與保護問題,分析方法-圖解法,本章主要闡明功率放大電路的組成、最大輸出功率和效率的估算、以及集成功放的應(yīng)用。 功率放大電路是在電源電壓確定情況下，以輸出盡可能大的不失真的信號功率和具有盡可能高的轉(zhuǎn)換效率為組成原則，功放管常常工作在盡限應(yīng)用狀態(tài),功放的輸入信號幅值較大，分析時應(yīng)采用圖解法,最大輸出功率Pom,功率放大電路的主要

2、技術(shù)指標(biāo)是最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率,功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。在輸入為正弦波且輸出基本不失真條件下，輸出功率是交流功率，表達式為Po=IoUo，式中Io和Uo均為交流有效值。最大輸出功率Pom是在電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的最大交流功率,轉(zhuǎn)換效率,功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均值與其電壓之積,從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度看，功率放大電路與其它放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別；只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。因此，從功

3、放電路的組成和分析方法，到其元器件的選擇，都與小信號放大電路有著明顯的區(qū)別,4.1.2 功率放大電路的分類,甲類,乙類,甲乙類,分類,甲類,乙類,甲乙類,在放大電路中，當(dāng)輸入信號為正弦波時，若晶體管在信號的整個周期內(nèi)均導(dǎo)通（即導(dǎo)通角為360），則稱之工作在甲類狀態(tài),若晶體管僅在信號的正半周或負半周導(dǎo)通（即導(dǎo)通角為180），則稱之工作在乙類狀態(tài),若晶體管的導(dǎo)通時間大于半個周期且小于周期（即導(dǎo)通角在180 360之間），則稱之工作在甲乙類狀態(tài),放大電路的工作狀態(tài),甲類(= 2,乙類(=,甲乙類( 2,Q,Q,Q,乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零 ，管耗小，效率高,甲乙類工作狀態(tài)失真大， 靜態(tài)電流小

4、 ，管耗小，效率較高,甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低,4.2.1 互補對稱功率放大電路的引出,設(shè)“Q”設(shè)置在 交流負載線中點,VCC,IC,4.2 互補對稱功率放大電路,1.甲類功率放大電路的輸出功率與效率,4.2.1互補對稱功率放大電路（1,共射放大電路輸出功率很小，且由于電源提供的功率始終不變，使得效率也很低，可見其不宜作為功率放大電路,2.互補對稱功率放大器的引出,上圖所示的射極跟隨器輸出電阻小，帶負載能力強，適合作功率輸出級。為了提高效率，必須使電路的靜態(tài)損耗為0，即IB=0，IC=0，并且采用兩個極性相反的射極跟隨器組成乙類互補功率放大電路,射極跟隨器,波形失真,4.

5、2.2 OCL電路的組成與工作原理 (OCL Output Capacitorless,電路組成及工作原理,ui 0 T1 導(dǎo)通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 導(dǎo)通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T1 、 T2 截止,目前使用最廣泛的是無輸出變壓器的功率放大電路（OTL電路）和無輸出電容的功率放大電路（OCL電路）。本節(jié)以O(shè)CL電路為例，介紹功率放大電路最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的分析計算，以及功放中晶體管的選擇,電路存在的問題： 當(dāng)輸入電壓小于死區(qū)電壓時，三極管截止，引起 交越失

6、真,交越失真,輸入信號幅度越小失真越明顯,為了消除交越失真，應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使兩只晶體管均工作在臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通狀態(tài)。即晶體管工作在甲乙類狀態(tài),4.2.3 OCL電路的輸出功率與效率,功率放大電路最重要的技術(shù)指標(biāo)是電路的最大輸出功率Pom及效率 。為了求解Pom ，需首先求出負載上能夠得到的最大輸出電壓幅值。當(dāng)輸入電壓足夠大，且又不產(chǎn)生飽和失真時，電路的圖解分析如右圖所示。圖中區(qū)為T1管的輸出特性，區(qū)為T2管的輸出特性。因Q點在橫軸上，因而最大輸出電壓幅值等于電源電壓減去晶體管的飽和壓降，即（VCC-UCES,OCL電路,OCL電路的圖解分析,最大輸出功率Pomax= Pom,最大不

7、失真輸出電壓的有效值Uom,電源功率PV,電源所消耗的平均功率等于其平均電流與電源電壓之積，其表達式為,轉(zhuǎn)換效率,在理想情況下，即飽和管壓降可忽略不計的情況下,應(yīng)當(dāng)指出，大功率管的飽和管壓降常為2 3V，因而一般情況下都不能忽略飽和管壓降，即不能用上面理想情況下的式子來計算電路的最大輸出功率和效率,令,則,時管耗最大，即,可見，晶體管集電極最大功耗僅為最大輸出功率的五分之一,管耗,在查閱手冊選擇晶體管時，應(yīng)使極限參數(shù),PCM 0.2 Pom,U(BR)CEO 2VCC,ICM VCC / RL,這里仍需強調(diào)，在選擇晶體管時，其極限參數(shù)，特別是PCM應(yīng)留有一定的余量，并嚴格按手冊要求安裝散熱片,

8、每只管子最大管耗為 0.2Pom,例1：在所示電路中，已知VCC=15V，輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降為3V，電壓放大倍數(shù)約為1，負載電阻RL=4。 （1）求解負載上可能獲得的最大功率和效率； （2）若輸入電壓最大有效值為8V，則負載上能夠獲得的最大功率為多少,解,1）求解負載上可能獲得的最大功率和效率,2,功率放大電路的最大輸出功率除了決定于功放自身的參數(shù)外，還與輸入電壓是否足夠大有關(guān),因為Uo=Ui，所以Uom=8V,例2： 已知VCC = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此時的 PV、PT1， 并選管,解,U(BR)CEO 48 V,ICM 2

9、4 / 8 = 3 A,可選,U(BR)CEO = 60 100 V,ICM = 5 A,PCM = 10 15 W,思考： 已知VCC = 12 V，RL = 8 ，UCES=2V，1）求 Pom 、以及此時的 PV、PT1， 并選管。 2）計算=0.6時的Po,解,1,U(BR)CEO 24 V,ICM 12 / 8 = 1.5 (A,可選,U(BR)CEO = 30 V,ICM = 3 A,PCM = 5 W,2,4.3 改進型OCL電路,4.3.1 甲乙類互補對稱功率放大電路,1.克服交越失真思路,電路,當(dāng) ui = 0 時，T1、T2 微導(dǎo)通,當(dāng) ui 0 ( 至 )， T1 微導(dǎo)通

10、 充分導(dǎo)通 微導(dǎo)通,T2 微導(dǎo)通 截止 微導(dǎo)通,當(dāng) ui 0 ( 至 )， T2 微導(dǎo)通 充分導(dǎo)通 微導(dǎo)通,T1 微導(dǎo)通 截止 微導(dǎo)通,使UB1、B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而使兩只管子均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為IB1和IB2,2.克服交越失真的方法,利用二極管消除交越失真,UBE的倍增電路,合理選擇R1和R2，可以得到UBE任意倍數(shù)的直流電壓，故稱該電路為UBE倍增電路。同時，也可得到PN結(jié)任意倍數(shù)的溫度系數(shù)，故可以用于溫度補償,3.消除交越失真的OCL電路,甲乙類互補對稱功率放大電路,4.功率和效率,由于甲乙類互補對稱功率放大電路的靜態(tài)電流很

11、小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。 對于甲乙類互補對稱功率放大電路的輸出功率與效率計算，仍然可以使用乙類功率放大電路的計算公式，這樣做計算過程簡單，誤差也不是很大,理想,4.3.2 準互補對稱放大電路,1. 復(fù)合管(達林頓管,目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對,ib1,1 + 1) ib1,1 + 1) (1 + 2) ib1,(1 + 1 + 2+ 12) ib1,1 2,rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2,2(1+1) ib1,1 ib1,ib,ic,ie,1 + 2 + 12) ib1,等效為,復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則,在串接點，必須保證兩管電流方向的一致和連續(xù)（實際電流方向

12、不沖突,在并接點，必須保證兩管電流同時流入接點或同時流出接點,必須保證復(fù)合管中每個管子都工作在放大區(qū)（即保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏,復(fù)合管類型與第一只管子相同,在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通路，且均工作在放大區(qū)； 為了實現(xiàn)電流放大，應(yīng)將第一只管的集電極或發(fā)射極電流做為第二只管子的基極電流,NPN,PNP,NPN,PNP,一些常見的復(fù)合管,由于復(fù)合管有很高的電流放大系數(shù)，所以只需很小的輸入驅(qū)動電流iB，便可獲得很大的輸出集電極電流iC。在一些場合下，還可將三只晶體管接成復(fù)合管，或?qū)鲂?yīng)管和晶體管接成復(fù)合管。應(yīng)當(dāng)指出使用三只以上管子構(gòu)成復(fù)合管的情況比較少，因為晶體管數(shù)目太多時，

13、會因結(jié)電容的作用使高頻特性變壞；而且為保證復(fù)合管中每一只管子都工作在放大區(qū)，必然要求復(fù)合管的c-e間直流電壓足夠大，這就需要提高電源電壓,例：圖中的哪些接法可以構(gòu)成復(fù)合管？標(biāo)出它們等效管的類型及管腳,不能,不能,NPN型,B,C,E,不能,不能,PNP型,B,C,E,NPN型,B,C,E,練習(xí),2. 采用復(fù)合管的準互補功率放大電路,為了增大電流放大系數(shù)，以減小前級驅(qū)動電流，常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)。要尋找特性完全對稱的NPN型和PNP型對管是比較困難的，所以，在實用電路中常采用準互補電路。從輸出端看進去，T2和T4均采用了同類型管，較容易做到特性相同。這種輸出管為同一類型管的電路稱為準互補電路,4.3

14、.3 輸出電流的保護,準互補電路，T3和T4復(fù)合而成的PNP型管與NPN型管T2構(gòu)成互補形式，為了彌補它們的非對稱性，在發(fā)射極加兩個阻值不同的電阻R3和R4。R1、R2和T1構(gòu)成UBE倍增電路，為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，以消除交越失真。 R3和R4還作為輸出電流（發(fā)射極電流）的采樣電阻與D1、D2共同構(gòu)成過流保護電路,T2導(dǎo)通時,當(dāng)iO未超過額定值時，uD1Uon，D1截止； 當(dāng)iO過大時，R3上電壓變大，使D1導(dǎo)通，為T2的基極分流，從而限制了T2的發(fā)射極電流，保護了T2管。 D2在T3和T4導(dǎo)通時起保護作用,iO,甲乙類單電源互補對稱放大電路（補充,OTL電路(Output Trans

15、formerless,E,電容 C 的作用,1)充當(dāng) VCC / 2 電源,2)耦合交流信號,取VEE=0,當(dāng) ui = 0 時,當(dāng) ui 0 時,T2 導(dǎo)通，C 放電,T2 的等效電源電壓 0.5VCC,當(dāng) ui 0 時,T1導(dǎo)通，C 充電,T1 的等效電源電壓 + 0.5VCC,應(yīng)用 OCL 電路有關(guān)公式時，要用 VCC / 2 取代 VCC,E,OCL 電路和 OTL 電路的比較,4.4集成功放及其應(yīng)用,引言,4.4.2 DG810 集成功放及其應(yīng)用,4.4.3 TD2040 集成功放及其應(yīng)用,4.4.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用,組成,前置級、中間級、輸出級、偏置電路,特點,輸出功

16、率大、效率高,有過流、過壓、過熱保護,引言,4.4.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用,1. 典型應(yīng)用參數(shù),直流電源,4 12 V,額定功率,660 mW,帶 寬,300 kHz,輸入阻抗,50 k,1 2 3 4,8 7 6 5,引腳圖,2. 內(nèi)部電路,1. 8 開路時， Au = 20 (負反饋最強,1. 8 交流短路 Au = 200 (負反饋最弱,電壓串聯(lián)負反饋,V1、V6,V3、V5,V2、V4,射級跟隨器，高 Ri,雙端輸入單端輸出差分電路,恒流源負載,V7 V12,功率放大電路,V7 為驅(qū)動級(I0 為恒流源負載,V11、V12 用于消除交越失真,V8、V10 構(gòu)成 PNP 準互補

17、對稱,3. 典型應(yīng)用電路,輸出電容(OTL,頻率補償，抵消電 感高頻的不良影響防止自激等,調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù),4.4.2 DG810 集成功放及其應(yīng)用,標(biāo)準音頻功率放大,功率大、噪聲小、頻帶寬、 工作電源范圍寬、有保護電路,輸出電容,輸入 偏置,交流負反饋,頻率補償，防自激等,自舉電容,頻率補償 防自激等,VCC,ui,C9,R1,R4,C2,DG810,1,12,9,4,7,8,5,C1,C8,C7,C4,C5,C6,5 F,100 k,01 F,100 F,1000 pF,0.1 F,4,56,4 700 pF,10,100 F,100 F,100,R3,R2,1000 F,100 F,C10,1,電源濾波,4.4.3 TD2040