第功率放大電路

1、 第八章第八章 功率放大器功率放大器模擬電子線路模擬電子線路 第八章第八章 功率放大器功率放大器8.1 功率放大電路概述功率放大電路概述8.2 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路8.3 實際功放電路實際功放電路8.4 集成功率放大器集成功率放大器8.5 變壓器耦合式功放電路變壓器耦合式功放電路 退出例例1： 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，以驅(qū)，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、動執(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。 8.1 功率放大電路概述功率放大電路概述功功率

2、率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取 退出例例2：溫度控制溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua : 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓Rt :熱敏電阻熱敏電阻A：電壓放大器：電壓放大器RtTUOT 溫度調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)過程過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功功 放放b溫控室溫控室A+-uo1加熱元件加熱元件 退出分析功放電路應(yīng)注意的問題分析功放電路應(yīng)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 退出(2) 電

3、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(fù)載，減少電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)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(fù)載上得到的交流信號功率。負(fù)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 退出不合適，因不合適，因為效率太低為效率太低 。 uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)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:

4、ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率估算射極輸出器的效率 ：QicuceUSCESCRU(設(shè)設(shè)RL=RE) 退出為使輸出信號的幅值盡可能大為使輸出信號的幅值盡可能大(要保證不失真要保證不失真)，靜，靜態(tài)工作點（態(tài)工作點（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。若忽略晶體管的飽和若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出壓降和截止區(qū)，輸出信號信號uo的峰值最大只的峰值最大只能為：能為：uo的取的取值范圍值范圍QIcuCEUSCESCRU直流負(fù)直流負(fù)載線載線交流負(fù)交流負(fù)載線載線UCEQ = 0.5USC 靜態(tài)工作點：靜態(tài)工作點：LSCESCCQRURUI5 . 05

5、. 0SComUU5 . 0max 退出TCSCEdtiUTP01LSCLSCLomORURURUP825 . 02222maxmax%25maxmaxEOPP放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大甲類放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUdtiTUdtiUTP212001. 直流電源輸出的功率直流電源輸出的功率2. 最大負(fù)載功率最大負(fù)載功率3. 最大效率最大效率(RL=RE時時) 退出如何解決效率低的問題？如何解決效率低的問題？辦法：辦法：降低降低Q點。點。既降低既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：點又不

6、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，或或互補對稱射極輸互補對稱射極輸出器。出器。缺點：缺點：但又會引起截止失真。但又會引起截止失真。 退出8.2 互補對稱功率放大電路互補對稱功率放大電路 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）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補對稱：互補對稱：電路中采用兩支晶體管，電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。各一支；兩管特性一致。類型：類型： 退

7、出8.2.1 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一、工作原理（設(shè)一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點：電路的結(jié)構(gòu)特點：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 由由NPN型、型、PNP型三極型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。輸出器對接而成。2. 雙電源供電。雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電輸入輸出端不加隔直電容。容。 退出ic1ic2動態(tài)分析：動態(tài)分析：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個晶體管

8、都只在半個周期內(nèi)工作的方兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作的方式，稱為式，稱為乙類放大乙類放大。因此，不需要隔直電容。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0V 退出乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uiuouou o tttt交越失真：交越失真：輸入信號輸入信號 ui在過零在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。為交越失真。 退出ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等

9、于零；(2) 每管導(dǎo)通時間等于半個周期每管導(dǎo)通時間等于半個周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 乙類放大的特點：乙類放大的特點： 退出二、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為正弦波且幅度足夠大，大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽和，此時導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達(dá)到最大值。輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：負(fù)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(fù)載（則負(fù)載（RL)上的電上的電壓和電流的最大幅值分別壓和電流的最大幅值分別為：為：LSCLmSCLmRUIU

10、UmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max 退出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 退出%5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率為：效率為：LSCLSCSCEEERURUUPPP22122LSCLSCSCoRURUUP21222max

11、 退出三、電路的改進(jìn)三、電路的改進(jìn)1. 克服交越失真克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在在于晶體管特性存在非線性，非線性，ui IB，則，則221RRRUUBE 退出3. 電路中增加復(fù)合管電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的是：增加復(fù)合管的目的是：擴大電流的驅(qū)動能力。擴大電流的驅(qū)動能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1 (,)1 (,1212122211211 退出becibic 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子

12、決定。方式二：方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：后晶體管的性能確定均如下： 退出改進(jìn)后的改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補輸出功放電路：準(zhǔn)互補輸出功放電路： T1：電壓推動級電壓推動級 T1、R1、R2： UBE倍增電路倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級復(fù)合管構(gòu)成的輸出級準(zhǔn)互補準(zhǔn)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 退出-UEE+UCCERCT1RCT2T5T

13、6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4 4級：互補對稱射極跟隨器級：互補對稱射極跟隨器差動放大器差動放大器第第2級級第第1級：級：差動放大器差動放大器第第3級：級：單管放大器單管放大器集成運放內(nèi)部的功率放大器集成運放內(nèi)部的功率放大器（1）電路中D1和D2管的作用是 (2) 靜態(tài)時，晶體管發(fā)射極的電位UE 。（3）最大輸出功率 。A B =18W C =9W D =1W（4）當(dāng)輸入為正弦波時，若R1虛焊，即開路，則輸出電壓 。A 為正弦波 B 僅有正半波 C 僅有負(fù)半波 D 無波形輸出（5）若D1虛焊，則T1管 。A 可能因功耗過大燒壞， B 始終飽和 C 始終

14、截止 D 正常工作8.2.2 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：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC 退出三、動態(tài)分析三、動態(tài)分析設(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。若輸出電容足夠大，若輸出電容足夠大， UC基本基本保持在保持在0.5USC ，負(fù)載上得到的，負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存交流信號正負(fù)

15、半周對稱，但存在交越失真。在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時，時，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；2SCiUu 時，時，2SCiUu T1截止、截止、 T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。0.5USCuit 退出四、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：LSCLmSCLmRUIUU22maxmax、LSCLmLmLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUtt 退出實用實用

16、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,使靜態(tài)使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之間的之間的電位差等于電位差等于2個二極管正個二極管正向壓降，克服交越失真。向壓降，克服交越失真。Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極負(fù)反饋電阻，也起射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護作用。限流保護作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A8.3 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(zhǔn)互補功放電路。其準(zhǔn)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）；

17、）；(2) 偏置電路（偏置電路（R1、D1、D2）；）；(3) 恒流源負(fù)載（恒流源負(fù)載（T5）；）；(4) OCL準(zhǔn)互補功放輸出級（準(zhǔn)互補功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）；）；(5) 負(fù)反饋電路（負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)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)整輸出級工作點元件（調(diào)整輸出級工作點元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。 退出+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2R

18、b1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX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(fù)載負(fù)載準(zhǔn)互補功放級準(zhǔn)互補功放級保險管保險管負(fù)載負(fù)載實用的實用的OCL準(zhǔn)互補功放電路：準(zhǔn)互補功放電路：輸出功率的估算：輸出功率的估算：輸出電壓的最大值約為輸出電壓的最大值約為 19.7V，設(shè)負(fù)載，設(shè)負(fù)載 RL= 8 則最大輸出功率為：則最大輸出功率為：實際輸出功率約為實際輸出功率約為 20W。注：注：該實用功放電路的詳細(xì)分析計算請參考該實用功放電路的詳細(xì)分析計算請參考模擬電子技術(shù)基

19、礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（童詩白主編）。（童詩白主編）。W3 .248127 .192maxP 退出8.4 集成功率放大器集成功率放大器特點：特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。集成功放集成功放LM384：生產(chǎn)廠家：生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：電路形式：OTL輸出功率：輸出功率：8 負(fù)載上可得到負(fù)載上可得到5W功率功率電源電壓：電源電壓：最大為最大為28V 退出集成功放集成功放 LM384管腳說明管腳說明:14 - 電源端（電源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接

20、地端（接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6 - 輸入端輸入端 （一般（一般2腳接地）腳接地） 8 - 輸出端輸出端 （經(jīng)（經(jīng)500 電容接負(fù)載）電容接負(fù)載）)12345 678910111213141 - 接旁路電容（接旁路電容（5 ）9、13 - 空腳（空腳（NC） 退出集成功放集成功放 LM384 外部電路典型接法：外部電路典型接法：500 -+ 0.1 2.7 8146215 Vccui8 調(diào)節(jié)音量調(diào)節(jié)音量電源濾波電容電源濾波電容外接旁路電容外接旁路電容低通濾波低通濾波,去除高頻噪聲去除高頻噪聲輸入信號輸入信號輸出耦合大電容輸出耦合大電容 退出利用變壓器

21、的阻抗變換功能，可實現(xiàn)功放電路和負(fù)利用變壓器的阻抗變換功能，可實現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補其它類型功放電路的不足。載間的匹配，以彌補其它類型功放電路的不足。一、特點一、特點例：例：OCL電路中電路中，若若 RL=80 、需要輸出功率需要輸出功率 PO=50W。根據(jù)公式根據(jù)公式 LSCoRUP22max 得電源電壓：得電源電壓：V9025080SCU90V的電壓的電壓對電子電路顯然不合適。對電子電路顯然不合適。利用變壓器阻抗變換關(guān)系利用變壓器阻抗變換關(guān)系( RL = K2 RL)，把阻抗變，把阻抗變小，便可解決以上問題。小，便可解決以上問題。8.5 變壓器耦合式功放電路變壓器耦合式功放電路

22、 退出 （變阻抗）（變阻抗）1i1u2u2iLR1N2N變壓器原、副邊阻抗關(guān)系變壓器原、副邊阻抗關(guān)系LLRKR222IURL從原邊等效：從原邊等效：22222211KRKIUKIKUIURLL結(jié)論：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。乘以變比的平方。 退出二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器1.1.原理電路原理電路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1放大器：放大器：由兩個共射極放大器組成，兩個三極管由兩個共射極放大器組成，兩個三極管的射極接在一起。的射極接在一起。 退出輸入變壓器：輸入變壓器：將輸入信號分成兩個大小相等相位相反將輸入信號分成兩個大小相等相位相反的信號，分別送兩個放大器的基極，使的信號，分別送兩個放大器的基極，使 T1、T2 輪流導(dǎo)通。輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：輸出變壓器：將兩個集電極輸出信號合為一個信號，將兩個集電極輸出信號合為一個信號，耦合到副邊輸出給負(fù)載。耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1 退出uiT2T1RL+-USCiLN2N1