電工技術(shù)-第11講功率放大器

1、海南風光此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責任！11.3.1 11.3.1 概述概述11.3.2 11.3.2 變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路11.3.3 11.3.3 互補對稱功率放大電路原理互補對稱功率放大電路原理11.3.4 11.3.4 無輸出變壓器無輸出變壓器(OTL)(OTL)的互補對稱功放電路的互補對稱功放電路11.3.5 11.3.5 無輸出電容無輸出電容(OCL)(OCL)的互補對稱功放電路的互補對稱功放電路11.3.6 11.3.6 實際功放電路實際功放電路11.3.7 11.3.7 集成功率放大器集成功率放大器11.3 功率放

2、大電路功率放大電路第第11章章 基本放大電路基本放大電路清華大學電機系電工學教研室清華大學電機系電工學教研室 唐慶玉唐慶玉 編編例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大電路的用作放大電路的輸出級輸出級，以，以驅(qū)驅(qū)動動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表儀表指針偏轉(zhuǎn)等。指針偏轉(zhuǎn)等。 11.3.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取分析功放電路應注意的問題分析功放電路應注意的問題(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管

3、的極必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(2) 電流、電壓信號比較大，必須注意防止電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負載，減少電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負載，減少 晶體管及線路上的損失。即注意提高電路晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（的效率（ ）。）。Pomax : 負載上得到的交流信號功率。負載上得到的交流信號功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100maxEoPP答：答：不合適，因為效率太低不合適，因為效率太低 。 uotuo射極

4、輸出器輸出電阻低，帶負載射極輸出器輸出電阻低，帶負載能力強，可以用做功率放大器嗎能力強，可以用做功率放大器嗎？問題討論問題討論:ibuceQIcUSC /REUSCRbuoUSCuiRE射極輸出器效率低的原因射極輸出器效率低的原因 ：一般射隨靜態(tài)工作點（一般射隨靜態(tài)工作點（Q）設(shè)置較高（靠近負載）設(shè)置較高（靠近負載線的中部），信號波形正負半周均不失真線的中部），信號波形正負半周均不失真 。電路中。電路中存在的靜態(tài)電流（存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)Q點正好在負載點正好在負載線中點，若忽略

5、晶體管的飽和壓降，則有：線中點，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0.5USC /RE。ESCCQSCERUIUP2/2%25EOPPOPESCESCRURU8)22/(22UCEQ2ICQ2如何解決效率低的問題？如何解決效率低的問題？辦法：降低辦法：降低Q點點但又會引起截止失真但又會引起截止失真既降低既降低Q Q點又不會引起截止失真的辦法：點又不會引起截止失真的辦法：采用采用推挽輸出電路，推挽輸出電路，或或互補對稱射極互補對稱射極輸出器輸出器11.3.2 11.3.2 變壓器耦合推挽功率放大電路變壓器耦合推挽功率放大電路輸入變壓器：將輸入信號分成兩個大輸

6、入變壓器：將輸入信號分成兩個大小相等相位相反的信號，分別送兩個小相等相位相反的信號，分別送兩個放大器的基極，使放大器的基極，使T1、T2輪流導通。輪流導通。輸出變壓器：將兩個集輸出變壓器：將兩個集電極輸出信號合為一個電極輸出信號合為一個信號，耦合到副邊輸出信號，耦合到副邊輸出給負載。給負載。放大器：由兩個共射極放大器組成，兩個三極管的射極接在一起，放大器：由兩個共射極放大器組成，兩個三極管的射極接在一起，+USCT1T2RLi iLuiReRb2Rb1直流通道直流通道USCT1T2RLi iLuiReRb2Rb1USCT1T2ReRb2Rb1變壓器線圈對于變壓器線圈對于直流相當于短路直流相當于

7、短路對于任何一個三極管都是對于任何一個三極管都是靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共射極靜態(tài)工作點穩(wěn)定的共射極放大器放大器USCT1ReRb2Rb1兩個三極管的靜兩個三極管的靜態(tài)工作點都設(shè)在態(tài)工作點都設(shè)在剛剛超過死區(qū)剛剛超過死區(qū), IB很小很小,IC也很小也很小,降低直流功耗。降低直流功耗。Q交流通道交流通道ib1ui0ui 0VT1導通，導通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式。方式。ui-USCT1T2uo+USCRLiL輸入輸入波形圖輸入輸入波形圖uiuououo 交越

8、失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管導通時間于半個周期每管導通時間于半個周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特點：特點：二、最大輸出功率及效率的計算二、最大輸出功率及效率的計算假設(shè)假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠大，為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導通時均能飽和，此時輸出導通時均能飽和，此時輸出達到最大值。達到最大值。ULmax負載上得到的最大功率為：負載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和若忽略晶體管的飽和壓降，壓降，則負載（則負載（RL)上

9、的電上的電壓和電流分別為：壓和電流分別為：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max電源提供的直流平均功率計算：電源提供的直流平均功率計算： 每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：兩個電源提供的總功率為：USC1 =USC2 =USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122 tic1LSCRU 2 %5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率為：效率為：OTL: Output Transf

10、ormerLessOCL: Output CapacitorLess互補對稱功放的類型：互補對稱功放的類型： 互補對稱功放的類型互補對稱功放的類型 無輸出變壓器形式無輸出變壓器形式 （ OTL電路）電路）無輸出電容形式無輸出電容形式 （ OCL電路）電路）11.3.4 無輸出變壓器的互補對稱功放電路無輸出變壓器的互補對稱功放電路一、特點一、特點1. 單電源供電；單電源供電；2. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析二、靜態(tài)分析則則 T1、T2 特性對稱，特性對稱，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析若

11、輸出電容足夠大，其上電若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相當于電源）相當于電源）RLuiT1T2+USCCAUL+-時，時，T1導通、導通、T2截止；截止；2SCiUu 時，時，2SCiUu T1截止、截止、 T2導通。導通。設(shè)輸入端在設(shè)輸入端在0.5USC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號四、輸出功率及效率四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：幅度足夠大。則：LSC

12、LSCLRUIUU22maxmax，LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUttD1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2實用實用OTL互補輸出功放電路互補輸出功放電路調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R,使靜使靜態(tài)態(tài)UA=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之間的電位之間的電位差等于差等于2個二極管正向壓降，個二極管正向壓降，克服交越失真克服交越失真Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負反饋電阻，也起射極負反饋電阻，也起限流保護作用限流保護作用b1b2增加對稱

13、的負電源增加對稱的負電源-USC，使靜態(tài)時的，使靜態(tài)時的A點電位為點電位為011.3.5 無輸出電容的互補對稱功放電路無輸出電容的互補對稱功放電路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL電路電路OCL電路電路 tuo交越失真交越失真ui t+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL電路電路1.克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：R1D1D2R2 靜態(tài)時靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管分別為二極管D1、 D2的正向的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于導通壓降，致使兩管均處于微弱導通狀態(tài)；微弱導通狀態(tài)；

14、動態(tài)時：動態(tài)時：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號。加入正弦信號。正半周正半周 T2 截止截止，T1 基極電基極電位進一步提高，進入良好的位進一步提高，進入良好的導通狀態(tài)；負半周導通狀態(tài)；負半周T1截止，截止，T2 基極電位進一步降低，進基極電位進一步降低，進入良好的導通狀態(tài)。入良好的導通狀態(tài)。+USC-USCULuiiLRLT1T2電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點：特點：存在較小的靜態(tài)存在較小的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導通時間大每管導通時間大于半個周期，基于半個周期，基本不失真。本不失真。 iCQ

15、uceUSC /REUSCIBQ為更換好地和為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用兩二極管可以用UBE電壓倍增電壓倍增電路替代。電路替代。2. UBE電壓倍增電路電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBI 合理選擇合理選擇R1、R2大小，大小，B1、B2間便可得到間便可得到 UBE 任意倍數(shù)的任意倍數(shù)的電壓。電壓。 圖中圖中B1、B2分別接分別接T1、T2的基極。假設(shè)的基極。假設(shè)I IB，則，則221RRRUUBE3. 電路中增加復合管電路中增加復合管增加復合管的目的：增加復合管的目的：擴大電流的驅(qū)動能力。擴

16、大電流的驅(qū)動能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibicbecibic復合復合NPN型型復合復合PNP型型改進后的改進后的OCL準互補輸出功放電路：準互補輸出功放電路： T1：電壓推動級電壓推動級 T2、R1、R2： UBE倍增電路倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復合管構(gòu)成的輸出級復合管構(gòu)成的輸出級準互補準互補 輸出級中的輸出級中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。型晶體管，兩者特性容易對稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6集成運放內(nèi)部的功率

17、放大器集成運放內(nèi)部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1級：差動放大器級：差動放大器第第2級：差動放大器級：差動放大器第第3級：單管放大器級：單管放大器第第4級：互補對級：互補對稱射極跟隨器稱射極跟隨器11.3.6 實際功放電路實際功放電路這里介紹一個實用的這里介紹一個實用的OCL準互補功放電路。其準互補功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有中主要環(huán)節(jié)有 ： (1) 恒流源式差動放大輸入級（恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）；）；(2) 偏置電路（偏置電路（R1、D1、D2）；）；(3)

18、恒流源負載（恒流源負載（T5）；）；(4) OCL準互補功放輸出級（準互補功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）；）；(5) 負反饋電路（負反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反饋）；饋）； (6) 共射放大級（共射放大級（T4）；）；(7) 校正環(huán)節(jié)（校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；）；(8) UBE倍增電路（倍增電路（T6、R2、R3）；）；(9) 調(diào)整調(diào)整輸出級工作點元件輸出級工作點元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級差動放大級反饋級反饋級偏置電路偏置電路共射放大級共射放大級UBE倍增倍增電路電路恒流源恒流源負載負載準互補功放級準互補功放級保險管保險管負載負載實用的實用的OCL準互補功放電路：準互補功放電路