模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5功率放大電路

1、11/12/2021 3:56:15 AM第5章 功率放大電路功率放大電路 11/12/2021 3:56:15 AM基本要求基本要求 了解功率放大電路的特殊問題效率和失真的問題和解決這類問題的方法； 掌握乙類功放的工作原理和功率參數(shù)計算及存在的問題以及甲乙類功放電路的構(gòu)成； 了解集成功放及其應(yīng)用。 11/12/2021 3:56:15 AM主要內(nèi)容 5.1 功率放大電路的一般性問題 5.2 乙類雙電源互補(bǔ)功率放大電路 5.3 甲乙類互補(bǔ)功率放大電路 5.4 集成功放11/12/2021 3:56:15 AM5.1 功率放大電路的一般性問題功率放大電路的一般性問題 功率放大電路一般在多級放大電

2、路的輸出級，主要作用是在不失真或輕微失真的前提下，盡可能地對功率進(jìn)行放大，以推動負(fù)載如揚(yáng)聲器發(fā)聲、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、繼電器動作、指示儀表偏轉(zhuǎn)等。 5.1.1對功率放大電路的基本要求對功率放大電路的基本要求 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號電壓大； 輸出信號電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。11/12/2021 3:56:15 AM1.功率放大器與電壓放大器的區(qū)別 電壓放大器要求負(fù)載得到不失真的電壓信號；電壓放大器要求負(fù)載得到不失真的電壓信號； 功率放大器則要求獲得足夠的不失真的輸出功率功率放大器則要求獲得足夠的不失真的輸出功率。 功率放大電路

3、必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補(bǔ)對稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。11/12/2021 3:56:15 AM2. 功率放大器的特殊問題 1）要求輸出功率盡可能大：因此放大器件工作在極限運(yùn)用狀態(tài)。 2）要求效率高：需要考慮減小功耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。 3）非線性失真要小。減小非線性失真與曾大輸出功率是功率放大器的一對矛盾。 4）解決功放器件的散熱問題。 cCEc)(d21tiuP11/12/20

4、21 3:56:15 AM3低頻功率放大器的低頻功率放大器的特點(diǎn)特點(diǎn) 1) 要有盡可能大的輸出功率；要有盡可能大的輸出功率； 2) 效率要高；效率要高； 3) 非線性失真要?。环蔷€性失真要?。?4) 考慮放大器件的安全，考慮放大器件的安全，要加裝散熱和保護(hù)裝；要加裝散熱和保護(hù)裝； 5) 放大器件在大信號條件下工作，采用放大器件在大信號條件下工作，采用圖解法圖解法分析。分析。 11/12/2021 3:56:15 AM5.1.2 提高功率放大電路效率的主要途徑提高功率放大電路效率的主要途徑 CCUCI 為提高效率、降低損耗，應(yīng)從兩方面考慮：一是增加放大電路的動態(tài)工作范圍來增加輸出功率；二是減少電

5、源供給的功率，即在 一定時使靜態(tài)電流 減小，也就是將靜態(tài)工作點(diǎn)沿交流負(fù)載線下移。 可知可知 功率放大器提高輸出功率的途徑：功率放大器提高輸出功率的途徑： 減小放大管的集電極損耗！減小放大管的集電極損耗！cCEc)(d21tiuP由 11/12/2021 3:56:15 AM1工作狀態(tài)分類工作狀態(tài)分類根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同可分以下幾類。根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同可分以下幾類。(1) 甲類放大電路甲類放大電路uCEiC0QAiC1ICQt2 =2 02 集電極電集電極電流波形流波形靜態(tài)工作靜態(tài)工作點(diǎn)位置點(diǎn)位置特點(diǎn)特點(diǎn)a. 靜態(tài)功耗大靜態(tài)功耗大CQCEQCIUP b. 能量轉(zhuǎn)換效率能

6、量轉(zhuǎn)換效率低低c. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角 =11/12/2021 3:56:15 AM(2) 乙類放大電路乙類放大電路uCEiC0QAtiC22 2 = 03 靜態(tài)工作靜態(tài)工作點(diǎn)位置點(diǎn)位置集電極電集電極電流波形流波形特點(diǎn)特點(diǎn)a. 靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗0CQCEQCIUPb. 能量轉(zhuǎn)換效率高能量轉(zhuǎn)換效率高c. 輸出失真大輸出失真大d. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角2 =11/12/2021 3:56:15 AM(3) 甲乙類放大電路甲乙類放大電路uCEiC 0QAiC3203ICQ 2 2靜態(tài)工作靜態(tài)工作點(diǎn)位置點(diǎn)位置集電極電集電極電流波形流波形特點(diǎn)特點(diǎn)a. 靜態(tài)功耗較小靜態(tài)功耗較小b. 能量

7、轉(zhuǎn)換效率較高能量轉(zhuǎn)換效率較高c. 輸出失真較大輸出失真較大d. 放大管的導(dǎo)通角放大管的導(dǎo)通角2 211/12/2021 3:56:16 AMCiCEu0Ci0QtCCU(a) 甲類CiCEu00QtCCU(b) 甲乙類CiCEu0Ci0QtCCU(c) 乙類甲類：三極管(2c= ) 360導(dǎo)電甲乙類：三極管(2c= )180360 導(dǎo)電乙類：三極管(2c= ) 180導(dǎo)電丙類：三極管(2c=) 0 時時T1導(dǎo)通導(dǎo)通CCULR1Tiuou1ci0tT2截止截止電流電流io方向方向輸入信號輸入信號uiuouic. ui 0 時時T1截止截止T2導(dǎo)通導(dǎo)通CCULR2Tiuou2ci0t電流電流io方

8、向方向輸入信號輸入信號uiuoui11/12/2021 3:56:16 AM1Ci1CEu0QCCU2CEu0CCU1Cit0ABcmIcm(max)IcemUm(max)ceUCESUt2CiQCCU2Cit20輸出幅值為CESCC(max)cemom(max)UUUU T1通通T2通通Uopp=2(UCC UCES)11/12/2021 3:56:16 AM5.2.2 功率參數(shù)分析功率參數(shù)分析 1. 輸出功率輸出功率oPLooIUP 由圖5-2、圖5-3可知， cLIILcceoRIUUL2omL2cemcmcemcmcemo21212122RURUIUIUP（5-1） maxou當(dāng)輸出

9、且波形不失真時，其最大值為 CESCCom(max)UUUL2CCL2CESCCom21)(21RURUUP（5-2） tUusinomo設(shè)設(shè)故最大不失真輸出功率為： (忽略 )CESU11/12/2021 3:56:16 AM)(dsin)sin(21)(d210LomomCCC0CE1T2TtRtUtUUtiuPP)4(12omomCCLUUUR（5-3） 11/12/2021 3:56:16 AMomL2CC21(max)T2 . 02PRUP（5-5） omL2CC)1(T137. 0)44(CComPRUPUU（5-4） omL2CC21(max)T4 . 02PRUP兩管總損耗兩管

10、總損耗 令令021ddomCCLomTUVRUP11/12/2021 3:56:16 AM3. 直流電源提供的功率直流電源提供的功率tRutiId21d210Lo0C1C(AV)平均集電極電流平均集電極電流IC(AV)為為EPLom0omL1dsin21RUttUR兩個電源供給的總電源功率兩個電源供給的總電源功率直流電流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供給負(fù)載，故有 LomCCo1TE22RUUPPP（5-6） L2CCE(max)2RUP（5-7） 式中 Cm(max)LCC22IRU為電源在一個周期內(nèi)提供的平均電流。 11/12/2021 3:56:16 AM4. 集電極效率集電極效

11、率 功率放大電路的效率是輸出功率和電源供給功率之比。 CComEo4UUPP(5-8) CCom(max)UU輸出信號越大，效率越高，當(dāng) 時，效率最大。 %5 .784CComUU當(dāng)當(dāng)時時%5 .784max c11/12/2021 3:56:16 AM5. 功率管的選擇功率管的選擇 11/12/2021 3:56:17 AM5.2.3 單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路單電源互補(bǔ)對稱功率放大電路（OTL） CCULR1T2Tiuou圖5-4 乙類OTL功放電路原理圖0tiuALC2CCU電容電容C起起負(fù)電源負(fù)電源UCC的作用的作用11/12/2021 3:56:17 AM11/12/2021 3:5

12、6:18 AM5.3 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路 5.3.1 乙類功放的交越失真乙類功放的交越失真 a. 產(chǎn)生失真的原因產(chǎn)生失真的原因晶體管存在死區(qū)電壓晶體管存在死區(qū)電壓b. 失真的現(xiàn)象失真的現(xiàn)象 當(dāng)當(dāng)ui小于晶體管的死區(qū)電壓時，小于晶體管的死區(qū)電壓時，T1、T2都截止。都截止。輸出電流出現(xiàn)一段輸出電流出現(xiàn)一段“死區(qū)死區(qū)”CCUCCULR1T2Tiu1ci2ci0tou11/12/2021 3:56:18 AM0tiCiBuBE0uit0交越失真交越失真在兩個管子交替工作區(qū)域出在兩個管子交替工作區(qū)域出現(xiàn)的失真稱為現(xiàn)的失真稱為交越失真交越失真輸入信號輸入信號輸出信號輸出

13、信號交越失真的產(chǎn)生交越失真的產(chǎn)生11/12/2021 3:56:18 AM4. 消除交越失真的常用方法消除交越失真的常用方法 給功率管（給功率管（T1和和T2）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。1）甲乙類互補(bǔ)推挽電路）甲乙類互補(bǔ)推挽電路a. 利用二極管提供偏壓利用二極管提供偏壓iuou1R2D2R1DCCU1T2T3RCCULR圖5-6 甲乙類OCL功放電路二極管提供偏二極管提供偏壓，使壓，使T1、T2呈呈微導(dǎo)通狀態(tài)微導(dǎo)通狀態(tài)11/12/2021 3:56:18 AM2）利用擴(kuò)大電路實(shí)現(xiàn)偏置）利用擴(kuò)大電路實(shí)現(xiàn)偏置R

14、LT1ui+_+UCC_T2uo+_T3R1R2R3R4UCCRLT1ui+_+UCC_T2uo+_T3R1R2R3R4UCC圖中圖中)1 (32BE3B2B1RRUUU11/12/2021 3:56:18 AM5.3.3 單電源甲乙類互補(bǔ)對稱（單電源甲乙類互補(bǔ)對稱（OTL）功率放大電路）功率放大電路 圖5-7所示是有推動級的單電源互補(bǔ)對稱（OTL）功率放大電路。 CCUAiuou1R2D2R1D1T2T3R1CLR2C1eRLC3eC2eR3eR1WR4R3T圖5-7 具有推動級的OTL功放電路11/12/2021 3:56:18 AM當(dāng)溫度升高時， 的穩(wěn)定過程如下 AU溫度A3C3BA33

15、C3CUIUURII11/12/2021 3:56:18 AMCCUAiuou1R2D2R1D1T2T3R1CLRC1eRLC3eC2eR3eR1WR4R3T圖5-8 采用復(fù)合管的OTL功放電路4T5T2cR5eR4eRRG11/12/2021 3:56:18 AM5.4 集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用 AD1RLT1uI+_+ UCC_iB1iB2T2D2uo+_R3R4_R2R1i4i3+CCU1. 電路組成電路組成2. 電路的閉環(huán)電壓增益電路的閉環(huán)電壓增益AufR2/R111/12/2021 3:56:18 AM5.4.2 TDA2006集成功放的典型應(yīng)用集成功放的典型應(yīng)用 +-TDA20061R2R3R1CK224R1D2D3C2C5C4CK22PF100uF2 . 268014001IN4001INuF2 . 2uF22. 0PF10012345iuCCUCCULR圖5-10 TDA2006雙電源功放電路電壓放大倍數(shù)為 4 .33121uRRA1. 雙電源應(yīng)用電路雙電源應(yīng)用電路 11/12/2021 3:56:18 AM2. 單電源應(yīng)用電路單電源應(yīng)用電路 +-TDA20061R2R3R1CK1504R1D2D5C2C6C4CK100uF22K7 . 414001IN4001INuF2 . 2uF22. 0uF1 . 012345iuCCU