功率放大電路的分類(lèi)及特點(diǎn)分析

1、功率放大電路的分類(lèi)及特點(diǎn)分析教學(xué)目的1 、掌握互補(bǔ)功率放大電路的工作原理，熟悉實(shí)際功放 ocl 電路2、掌握 lm386 集成功放的工作原理、引腳圖及其使用教學(xué)重點(diǎn)和 難點(diǎn)1 、互補(bǔ)功率放大電路的最大輸出功率、轉(zhuǎn)換效率和最大輸出電壓的計(jì)算2、Im386集成功放的應(yīng)用教學(xué)時(shí)數(shù)4學(xué)時(shí)教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)功率放大電路概述一、 功率放大電路的特點(diǎn)二、 放大電路 的組成第二節(jié)互補(bǔ)功率放大電路一、 ocI 電路的組成及工作原理二、 ocI 電路的輸出功率及效率第三節(jié)集成功率放大電路一、集成功率放 大電路的分析二、 集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)三、 集成功率放 大電路的應(yīng)用電子教案 4 學(xué)時(shí)本章討論的問(wèn)題：功率

2、放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么 區(qū)別？ 2.什么是晶體管的甲類(lèi)、 乙類(lèi)和甲乙類(lèi)工作狀態(tài)？ 3.晶體管的 最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？晶體管的耗散功率最大 時(shí)，電路的輸出功率是最大嗎？4. 互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？ 5. 在已知電源電壓相同且負(fù)載電阻也相同的情況下， 如何估算出最大輸 出功率？ 6. 在已知電源電壓相同且負(fù)載電阻也相同的情況下， 對(duì)于不 同電路形式的功放， 最大輸出功率都相同嗎？它們與電路中晶體管的 工作狀態(tài)有關(guān)嗎？ 7. 功放管和小功率放大電路中晶體管的選擇有何 不同？如何選擇？9.1 功率放大電路概述 （45 分鐘）功放

3、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（直流）電壓確定 的情況下，輸出盡可能大的功率。功放電路的要求：1. pomax 大，三極管極限工作； 2.h=pomax/pv 要高； 3. 失真要小9.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)一、主要技術(shù)指標(biāo) 1. 最大輸出功率 pom 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為輸出功率。 是交流功率， 表達(dá)式為po= iouo。最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù) 載上可能獲得的最大交流功率2.轉(zhuǎn)換效率n功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比。 直流 功率等于電源輸出電流平均值及電壓之積。 3.最大輸出電壓uom二、 功率放

4、大電路中的晶體管在功率放大電路中， 為使輸出功率盡可能大， 要求晶體管工作在極限應(yīng)用狀態(tài)。晶體管集電極電流最大時(shí)接近 icm晶體管管壓降最大時(shí)接近 u（br ）ceo 晶體管耗散功率最大時(shí)接 近 pcm如何選擇功放管？要注意極限參數(shù)的選擇， 還要注意其散熱條件， 使用時(shí)必須安裝 合適的散熱片和各種保護(hù)措施三、功率放大電路的分析方法采用圖解法9.1.2功率放大電路的組成一、為什么共射放大電路不宜用作功率放大電路圖9.1.1小功率共射放大電路的輸出功 率和效率分析1.無(wú)輸入信號(hào)作用時(shí)：直流電源提供的直流功率為icqv ,即圖中矩形abco的面積。集電極電阻rc的功率損耗為i2cqrc即圖中矩形qb

5、cd的面積。 晶體管集電極耗散功率為icquceq即圖中矩形aqdo的面積。2.在輸 入信號(hào)為正弦波時(shí)，若集電極電流也為正弦波：直流電源提供的直流 功率不變r(jià)/l(二rc/rl)上獲得的最大交流功率p/om為p0 m (icq2)rl2)icq(icqrl即圖9.1.1中三角形qde的面積負(fù)載電阻rl上所獲得的功率po僅為pom的一部分。3. 結(jié)論：共射放大電路輸出功率小，效率低(25%),不宜作功 放。二、變壓器耦合功率放大電路1. 電路2.工作原理：變壓器原邊線圈電阻可忽略不計(jì)，直流負(fù) 載線垂直于橫軸且過(guò)(v , 0)。電源提供的功率為pv = icqv ,全部消耗在管子上。rl等效到原

6、邊的電阻為(rln1n2)rl則可作出交流負(fù)載線在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為pOmicqv2212icqv在輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變：pv= icqv電路的最大效率為：pom/pv=50 %3.實(shí)用的變壓器功率放大電路希望輸入信號(hào)為零時(shí)，電源不提供功率，輸入信號(hào)愈大，負(fù)載獲 得的功率也愈大，電源提供的功率也隨之增大，從而提高效率。變壓器耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路電路分析:無(wú)輸入信號(hào)，二管截止有輸入信號(hào)，二管交替導(dǎo)通重要概念：推挽 同類(lèi)型管子在電路中交替導(dǎo)通的方式稱為“推挽”工作方式。圖 9.1.3 重要概念：功率放大電路的分類(lèi)在放大電路中， 若輸入

7、信號(hào)為正弦波時(shí)， 根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè) 周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類(lèi)三極管根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四個(gè)狀態(tài)， 如圖 所示。三、無(wú)輸出變壓器的功率電路 outputtransformerless （otl 電 路）用一個(gè)大容量電容取代了變壓器 （ 電容：幾百幾千微法的電解電 容器） ，如圖 9.1.4 。圖 9.1.4otl 電路1. 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 單電源供電。 t1 和 t2 特性對(duì)稱 2. 工作原理分 析：靜態(tài)時(shí)：前級(jí)電路應(yīng)使基極電位為 v/2 ，發(fā)射結(jié)電位為 v/2 ，故電容上的電壓也 v/2 。工作時(shí)： t1 和 t2 輪流導(dǎo)通，電路為射極跟隨 狀態(tài)。 3.otl 乙類(lèi)功放電路存在的問(wèn)題： otl

8、 工作在乙類(lèi)工作狀態(tài)， 會(huì)出現(xiàn)交越失真。4. 問(wèn)題：如何消除？（ 9.2.1 解決）四、無(wú)輸出電容的功率放大電路 outputcapacitorless （ocl 電 路）1. 電路圖圖 9.1.5ocl 電路2. 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雙電源供電 ,t1 和 t2 特性對(duì)稱 3. 工作原理分 析：靜態(tài)時(shí) :t1 和 t2 均截止，輸出電壓為零。工作時(shí) :t1 和 t2 交替工作，正、負(fù)電源交替供電，輸出 不同類(lèi)型的二只晶體管交替工作， 且均組成射極輸出形式的電路 稱為“互補(bǔ)”電路；二只管子的這種交替工作方式稱為“互補(bǔ)”工作 方式。五、橋式推挽功率放大電路 balancedtransformerles

9、s (btl 電 路)1. 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇?，四只管子特性?duì)稱 2. 工作原理分析：圖 9.1.6btl 電路靜態(tài)時(shí)，四只晶體管均截止，輸出電壓為零。工作時(shí)，當(dāng) ui>0 時(shí)，t1和t4導(dǎo)通，t2和t3截止，負(fù)載上獲得正半周電壓；當(dāng) ui1. 功率放大電路是在電源電壓確定的情況下， 以輸出最大不失真 的信號(hào)功率各具有盡可能高的轉(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)。2. 低頻功放電路有變壓器耦合乙類(lèi)推換電路、 otl 電路、 ocl 電 路和 btl 電路。復(fù)習(xí)：1. 功放電路的性能指標(biāo)：最大輸出電壓、最大輸出功率和效率2. 功放電路的分類(lèi)：甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)

10、和丁類(lèi)變壓器耦合、otl 、ocl 和 btl9.2 互補(bǔ)功率放大電路（ 90 分鐘）目前使用最廣泛的功放是 otl 電路和 ocl 電路 本節(jié)主要掌握：功放電路的組成原則 掌握 ocl 的工作原理、特點(diǎn)。9.2.1ocl 電路的組成及工作原理一、電路組成1. 電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路如圖 9.2.1 所示。它由一對(duì) npn、pnp 特 性相同的互補(bǔ)三極管組成。這種電路也稱為 ocl 互補(bǔ)功率放大電路。 圖 9.2.1 乙類(lèi)互補(bǔ) 功率放大電路2. 工作原理分析：當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)， 且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開(kāi)啟電壓， 此 時(shí) npn 型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載 rl ，按圖中方向由

11、上到下， 與假設(shè)正方向相同。當(dāng)輸入信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)， 且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開(kāi)啟電壓， 此時(shí) pnp 型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載 rl ，按圖中方向由下到上， 與假設(shè)正方向相反。 于是兩個(gè)三極管一個(gè)正半周、 一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo) 電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起， 得到一個(gè)完整的不失真 波形。如圖922所示°(a)波形圖(動(dòng)畫(huà)17-1)(b)交越失真(動(dòng)畫(huà)17-2)圖 9.2.2 乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路波形的合成 嚴(yán)格說(shuō)，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開(kāi)啟電壓，三極管不 導(dǎo)電。因此在正、 負(fù)半周交替過(guò)零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真，這個(gè)失 真稱為交越失真。 3. 如何消除交越失真 可給三極

12、管稍稍加一點(diǎn)偏置， 使之工作在甲乙類(lèi)。 此時(shí)的互補(bǔ)功 率放大電路如圖9.2.3所示。(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三 極管恒壓源提供偏置圖 9.2.3 甲乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路 9.2.2ocl 電路的輸出功率及 效率1 最大不失真輸出功率 pomax設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類(lèi)工作狀態(tài)， 輸入為正弦波。 忽略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為pomax二(v vces)/rl22(v vces)2rl2v22rl2.電源功率pv直流電源提供的功率為半個(gè)正弦波的平均功率，信號(hào)越大，電流越大，電源功率也越大。pv=vi v2vvom nrl2n2n iomsintd( t) v22nv

13、omrl td( t)顯然pv近似與電源電壓的平方成比例。3 .三極管的管耗pt電源輸入的直流功率，有一部分通過(guò)三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然popt=pv2vvom n rlvom22rl 將pt畫(huà)成曲線，如圖924所示。顯然，管耗與輸出幅度 有關(guān)，顯然管耗與輸出幅度有關(guān)，圖17.05中畫(huà)陰影線的部分即代表 管耗，pt與vom成非線性關(guān)系，有一個(gè)最大值?？捎胮t對(duì)vom求導(dǎo)的辦法找出這個(gè)最大值。ptmax發(fā)生在vom=0.64v處，將vom=0.64v 代入pt表達(dá)式，可得ptmax為pt=2vvom n rl2.56v n 2rl2vom2rl22

14、v0.64vn rl2(0.64v)2rl20.64v2rl0.8pomax 0.4pomax 0.4pomax對(duì)一只三極管pt 0.2pomax圖9.2.4乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路的管耗4 .效率n當(dāng)vom=v時(shí)效率最大，n = n /4=78.5 %。popviomvom22viomnn vom4v9.2.3ocl電路中晶體管的選擇一、最大管壓降ucemax=2v二、集電極最大電流icmax = iemaxv uceslrl三、集電極最大功耗pt =12 1uceicd t12 u2(vuoms inuomrlsin td trlvuomt)om在查閱手冊(cè)選擇晶體管時(shí)，應(yīng)使極限參數(shù)buceo

15、> 2vicm > v/rlpcm >0.2pom例921在圖9.2.2所示電路中已知v = 15v,輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降uces = 3v,電壓放大倍數(shù)約為1,負(fù)載電阻rl = 4歐，（1）求解負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率82uv ) wpom= = uces16po忙二18wlrl2rlpv uces二。忙0.628pv4vomu2(2)若輸入電壓最大有效值為8v,則負(fù)載上能夠獲得的最大功 率為多少解( 1)( 2)因?yàn)閡o ui，所以u(píng)om 8v。最大輸出功率小結(jié)：1. 功放的輸入信號(hào)幅值較大。分析時(shí)應(yīng)采用圖解法。 ( 1)求出功 放電路負(fù)載上可能獲得

16、的交流電壓的幅值，( 2)求出功放電路負(fù)載上可能獲得的最大交流功率( 3)求出電源提供的直流平均功率( 4)求 出轉(zhuǎn)換效率2.ocl 電路為直接耦合功率電路，為了消除交越失真，應(yīng)工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)。 9.4 集成功率放大電路( 45分鐘) otl 、ocl 和 btl 電 路均有各種不同電壓增益多種型號(hào)的集成電路。 只需外接少量元件， 就可成為實(shí)用電 路。本節(jié)主要掌握集成功放的電路組成，工作原理、主要性能指標(biāo)和 典型運(yùn)用。 9.4.1集成功率放大電路分析內(nèi)部Im386 是一種音頻集成功放，具有功耗小，電壓增益可調(diào)節(jié)，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。一

17、、Im386電路2.電路分析第一級(jí)差分放大電路（雙入單出）第二級(jí)共射放大電路（恒流源 作有源負(fù)載）第三級(jí)otl功放電路輸出端應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。 電阻r7從輸出端連接到t2的發(fā)射極形成反饋通道，并與r5和r6構(gòu) 成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。二、Im386圖9.4.1lm386內(nèi)部電路原理圖的電r 7r726ruoa 5ur5r5ui2uoauuor6/rr62(1r7r5 r6)2r7r5 r620ui壓放大倍數(shù)1.當(dāng)引腳1和8之間開(kāi)路時(shí)uf二ur5+ur6 ui/22.當(dāng) 引腳1和8之間外接電阻r時(shí)3. 當(dāng)引腳1和8之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí)4. 在引腳1和5之間外接電阻，也可

18、改變電路的電壓放大倍數(shù)結(jié)論：電壓放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20200。三、Im386引腳圖au2r7r52(r7/r)aur5 r6200942集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)(略)943集成功率放大電路的應(yīng)用圖9.4.2Im386的外形和引腳的排列一、集成otl電路的應(yīng)用1.lm386外接元件最少的用法電路如圖9.4.3靜態(tài)時(shí)輸出電容上電壓為v/2最大不失真輸出電壓的峰峰值 為電源電壓v最大輸出(pom功率為v/22rl)2v28rl1wuim/au2283mv輸入電壓有效值2m386電壓增益最大的用法引腳1和引腳8接10uf電解電容器，1和8之間交流短路。3.lm386 的一般用法引腳 1 和引腳 5 接電阻，也可改變電壓放大倍數(shù)。 結(jié)論：學(xué)完本節(jié)，能根據(jù)給定的電壓放大倍數(shù)、最大輸出電壓設(shè) 計(jì)功放電路。圖 9.4.4lm386 電壓增益最大的