培訓(xùn)資料獨(dú)家呈現(xiàn)程控功率放大器ppt課件

1、暑假科協(xié)培訓(xùn)-程控功率放大器 機(jī)電工程學(xué)院科協(xié)培訓(xùn)目的與要求：1.經(jīng)過培訓(xùn)，了解功放的概念、參數(shù)、分類及原理；2.經(jīng)過培訓(xùn)后，對功放電路有一個(gè)大致的了解，且可以經(jīng)過翻閱相關(guān)書籍和查看相關(guān)網(wǎng)頁嘗試著去了解其原理，嘗試著獨(dú)立去計(jì)算電路各參數(shù)；3.加強(qiáng)單片機(jī)的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用AD、DA和液晶等器件，然后在1和2的根底上針對大賽標(biāo)題的要求，各小組獨(dú)立地完成設(shè)計(jì)制造及論文。功放的定義 一、何謂功放？ 功放是功率放大器的簡稱，即經(jīng)過電路獲得一定功率的輸出信號。功放的參數(shù) 1.輸入電阻Ri 信號輸入時(shí)電路對輸入信號呈現(xiàn)的妨礙作用，輸入電阻愈大，從信號源汲取的電流越小，對信號源影響也就越小，所以輸入電阻越大越好

2、； 2.輸出電阻Ro 信號輸出時(shí)電路呈現(xiàn)的內(nèi)阻，輸出電阻越小越好； 3.輸出功率Po 即輸出到負(fù)載上的信號的功率大小，顯然這是我們最關(guān)懷的參數(shù)； 4.效率 實(shí)踐輸出到負(fù)載上的功率占電源提供的總功率的百分比； =PoPE *100%; 5.輸入靈敏度 輸入靈敏度，是指功放所需最小輸入信號電平，它是要求將音源信號放大到足夠推進(jìn)后級功放所需求的必要條件； 6.信噪比 信噪比，數(shù)值越大越好，普通用S/N表示，用信號功率Ps與噪聲功率Pn的比值的分貝數(shù)表示，S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vndb； 7.頻率呼應(yīng) 頻率呼應(yīng)，早期俗稱功率帶寬，指諧波失真不超越規(guī)定值時(shí)，功放的1/2額定功率頻帶寬

3、度，即有高低端下跌-3dB的兩個(gè)頻率點(diǎn)之間所包括的頻帶，稱之為功率帶寬。功放的分類一、按處置信號的頻率分類： 1. 低頻功放音頻范圍：幾十Hz幾十KHz ； 2.高頻功放音頻范圍：幾百KHz幾十兆Hz；二、按功率管導(dǎo)通時(shí)間分類1.甲類功放輸入信號的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管均導(dǎo)通；2.乙類功放輸入信號的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通3.甲乙類功放輸入信號的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期而小于全周；4.丙類功放小于半周；甲類功放 簡單甲類功放電路圖RbuoUSCuiRE 波形圖：甲類功放分析 1.為使輸出信號的幅值為使輸出信號的幅值盡能夠大盡能夠大(要保證不失要保證不失真真)，靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)，

4、靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)Q設(shè)置較高接近負(fù)設(shè)置較高接近負(fù)載線的中部。載線的中部。 靜態(tài)任務(wù)點(diǎn) UCEQ = 0.5USC ICQ=0.5USC/RE 忽略飽和壓降和截止區(qū)，那么：Uommax= 0.5USC 電源功率： PE=USC *ICQ= 25%QIcuCEUSCESCRU22SCEUR2822omomSCoEUIUPR乙類功放乙類功放電路圖乙類功放電路圖功放管任務(wù)波形圖功放管任務(wù)波形圖當(dāng)Ui=0V 時(shí)，T1、T2都不導(dǎo)通，Uo=0V;當(dāng)Ui0V時(shí)，T1任務(wù)，T2 截止；當(dāng)Ui0V時(shí)，T1截止，T2導(dǎo)通；ui-USCT1T2uo+USCRLiL乙類功放分析 靜態(tài)電流 IBQ=0A，ICQ=0A； 每個(gè)管

5、導(dǎo)通半個(gè)周期，那么 Uom=USC; Iom=USC/RL； 輸出最大功率： 管耗：2max222omomSCoEUIUPR 41sinsin2121212000111omomSCLLomOmSCLoOSCCCECUUURtdRtUtUUtdRuuUiuP42221omomSCLCCUUURPP電源功率LomSComomSCLLomCOERUUUUURRUPPP2422122效率：=0.25=78.5%乙類功放存在的問題 如左圖所示，由于三極管有一段死區(qū)，一個(gè)三極管截止的時(shí)候并不能保證另一個(gè)三極管馬上導(dǎo)通，因此，在兩管的交界處波形不能銜接起來，從而出行失真，這種景象稱為交越失真。甲乙類功放 甲

6、乙類功放電路圖： 甲乙類功放是針對乙類功放存在交越失真而設(shè)計(jì)的 當(dāng)輸入信號為0V時(shí)，利用二極管D1，D2的0.7V壓降是T1、T2兩管的基極分別置為0.7V，-0.7V，使兩關(guān)處于微導(dǎo)通形狀，使得只需輸入信號不為零，T1，T2中的一個(gè)管就任務(wù)于放大形狀。D類功放 什么是D類功放？ 放大元件處于開關(guān)任務(wù)形狀的一種功率放大器。無信號輸入時(shí)放大器處于截止形狀，不耗電。任務(wù)時(shí)，靠輸入信號讓晶體管進(jìn)入飽和形狀，晶體管相當(dāng)于一個(gè)接通的開關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通。理想晶體管由于沒有飽和壓降而不耗電，實(shí)踐上晶體管總會(huì)有很小的飽和壓降而耗費(fèi)部分電能。這種耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號輸出的大小無關(guān)，所以特別有

7、利于超大功率的場所。在理想情況下，D類功放的效率為100%。D類功放原理 第二部分：D類功放 這是一個(gè)脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號?？梢暂敵龅淖畲蠊β视胸?fù)載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決議。 第三部分：解調(diào)信號 把大功率PWM波形中的聲音信息復(fù)原出來。方法很簡單，只需求用一個(gè)低通濾波器。但由于此時(shí)電流很大，RC構(gòu)造的低通濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必需運(yùn)用LC低通濾波器。D類功放的根本構(gòu)造主要分為三大部分： 第一部分：調(diào)制器 最簡單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另經(jīng)過自激

8、振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之那么輸出低電平。比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中D類功放波形設(shè)計(jì)的時(shí)候要留意，三角波的頻率與輸入信號的頻率要滿足采樣定理，普通取三角波的頻率為輸入信號頻率的5-10倍。OCL功率放大器 1.什么是OCL功率放大器？ OCL：英文Output Capacitorless的縮寫，意為沒有輸出電容。所以O(shè)CL功率放大器就是輸出端沒有輸出電容的功率放大器。 2.OCL 功率放大器有什么特點(diǎn)？ 雙電源供電、不需輸出電容、頻率特性好、可以

9、放大慢變化的信號。功放電路的平安問題 在功率放大電路中，功放管既要流過大電流，又要接受高電壓。例如，在OCL電路中，功放管的最大集電極電流等于最大負(fù)載電流，而最大管壓降等于2UCC。只需功放管不超越其極限值，電路才干正常任務(wù)。因此，所謂功率放大電路的平安運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)踐上就是保證功放管的平安任務(wù)。在適用電路中，常加維護(hù)措施，以防止功放管過電壓、過電流和過功耗。主要表現(xiàn)為功放管的二次擊穿和散熱問題。功放電路的二次擊穿問題 從晶體管的輸出特性曲線可知，當(dāng)c-e之間電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，晶體管將產(chǎn)生擊穿。這個(gè)擊穿稱為一次擊穿，其中a圖的AB段稱為第一次擊穿， BC 段稱為第二次擊穿。第一次擊穿是由UCE

10、過大引起的雪崩擊穿，是可逆的。假設(shè)在一次擊穿后，IC繼續(xù)增大，管子將進(jìn)入二次擊穿。二次擊穿： 晶體管一次擊穿后，集電極電流會(huì)聚然增大，假設(shè)不加以限制，那么晶體管的任務(wù)點(diǎn)變化到臨界點(diǎn)A時(shí)，任務(wù)點(diǎn)將以高速從A點(diǎn)到B點(diǎn)，此時(shí)電流猛增，而管壓降卻減小，稱“二次擊穿。如下圖9-7b所示。二次擊穿為不可逆擊穿。為此，必需把晶體管的任務(wù)形狀控制在二次擊穿臨界曲線之內(nèi)。 擊穿防止方法：在功放管c-e之間加穩(wěn)壓管，就可防止其一次擊穿，并限制其集電極電流，就可防止二次擊穿。功率放大器的散熱問題功放管損壞的重要緣由是其實(shí)踐耗散功率超越額定數(shù)值PCM。晶體管的耗散功率取決于管子內(nèi)部的PN結(jié)溫度。管子的功耗愈大，結(jié)溫愈

11、高。當(dāng)管子溫度升高到一定程度鍺管普通為7590，硅管為150后，就會(huì)損壞晶體構(gòu)造，應(yīng)采取功放管散熱措施改善散熱條件，改善散熱條件 。方法：如功放管加裝由銅、鋁等導(dǎo)熱性能良好的金屬資料制成的散熱片子板。此外還可用電風(fēng)扇強(qiáng)迫風(fēng)冷，那么可獲得更大一些的耗散功率?？稍谕瑯拥慕Y(jié)溫下提高集電極最大耗散功率PCM，也可提高輸出功率。設(shè)計(jì)功放本卷須知 設(shè)計(jì)功放的時(shí)候務(wù)必留意各參數(shù)要控制在管子的極限參數(shù)范圍內(nèi)。 1.流經(jīng)集電極的電流不能超出管子的耗散電流ICM； 2.CE間電壓不可超越擊穿電壓VBRCEO； 3.管耗不可超出管子的耗散功率PCM；簡單分析競賽設(shè)計(jì)題 一、根本要求部分 1. 失真度小于等于10%時(shí)

12、的輸出功率要大于等于6W； 單從失真度而言，甲類為首選，但效率極低； 要保證輸出為6W，那么輸出電壓至少要到達(dá)7V； 既要失真小，又要輸出功率大限定了電源為15V，也就是要求效率要高，故最好選甲乙類功放。 2頻率呼應(yīng)為30-10000HZ這個(gè)不難實(shí)現(xiàn)，不作細(xì)講；3.在輸入端交流短路接地，輸出端交流信號20mVpp輸入端交流短路接地時(shí)，輸出端交流信號應(yīng)該為零，但由于零漂的存在，輸入端交流短路接地時(shí)，輸出端交流信號往往不為零。標(biāo)題要求輸入端交流短路接地時(shí)，輸出端交流信號20mVpp實(shí)踐上是要求我們設(shè)計(jì)電路的時(shí)候要抑制零漂。抑制零漂的最好方法是采用差分放大電路。注解：零漂是輸入為零時(shí)輸出不為零的景象

13、。零漂產(chǎn)生的緣由：溫度變化三極管放大倍數(shù)發(fā)生變化，因此也稱零點(diǎn)漂移為溫度漂移。簡稱溫漂。但是嚴(yán)厲來說零漂不能等同于溫漂，零漂主因雖為溫漂，但是電壓動(dòng)搖或干擾也可導(dǎo)致零漂。差動(dòng)放大電流如何抑制零漂？ 差動(dòng)放大電路由兩個(gè)完全一樣的單管共射極電路組成。差動(dòng)放大電路有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，要求電路對稱，即T1、T2的特性一樣，外接電阻對稱相等，Rc1=Rc2，各元件的溫度特性一樣。差動(dòng)放大電路分析 當(dāng)電源電壓動(dòng)搖或溫度變化時(shí)，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)發(fā)生變化。輸出電壓依然為零?？梢?，雖然各管的零漂存在，但輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。 思索：采用差動(dòng)放大后，輸入信號為零那么輸出一定為零嗎

14、？為什么？ 靜態(tài)時(shí)Ui1=Ui2=0。由于電路左右對稱，輸入信號為零時(shí)，IC1=IC2，UC1=UC2，那么輸出電壓 Uo=UC1-UC2=04.在信號源的幅度和頻率固定為某一值時(shí)，可以設(shè)置輸出功率，并實(shí)時(shí)丈量、顯示輸出功率。要可以設(shè)置輸出功率并實(shí)時(shí)丈量、顯示輸出功率就必然要用到單片機(jī)系統(tǒng)?？煞秩缦聨撞阶撸?如何丈量讀取輸出功率數(shù)據(jù)？2得知當(dāng)前的輸出功率與我設(shè)置的輸出功率不相等時(shí)怎樣辦？3算出當(dāng)前輸出功率與設(shè)置功率的偏向后如何利用這個(gè)偏向值去控制電路使得電路的輸出功率趨向于設(shè)置值？有哪幾種方法可以實(shí)現(xiàn)？控制電路的那個(gè)參數(shù)比較好？ 思索：要實(shí)現(xiàn)這些功能，大約要用到哪些器件？檢測讀取輸出功率值 既

15、然是輸出功率，顯然是要從輸出端檢測?？奢敵鍪墙涣餍盘?，如何檢測？ 方法一：密集離散采樣軟件編程求平均值 在輸出的一個(gè)周期內(nèi)密集采樣各點(diǎn)功率值，然后軟件編程求取平均值即為輸出功率值。但是這樣的話運(yùn)算量大，且采樣點(diǎn)越少，檢測值與實(shí)踐值的誤差越大，只需采樣點(diǎn)趨于無窮大時(shí)檢測值才與實(shí)踐值相等。而每一次采樣都需求一段AD轉(zhuǎn)換時(shí)間，這就要求單片機(jī)的速度很快，運(yùn)算才干很強(qiáng)才干勉強(qiáng)做到。用51單片機(jī)顯然難以實(shí)現(xiàn)。 方法二：采用公用集成芯片實(shí)現(xiàn) 真有效值轉(zhuǎn)換芯片有如AD536,AD637等，他可以對交流信號求出有效值，有效值經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后單片機(jī)讀取即可實(shí)現(xiàn)檢測目的。有誤差時(shí)控制什么？如何控制？ 經(jīng)軟件處置發(fā)現(xiàn)當(dāng)前輸出值與設(shè)定值不相等時(shí)應(yīng)該利用偏向量去控制什么？ 1.控制反響量及控制增益 2.控制供電電壓 3.同時(shí)控制供電電壓和增益 如何實(shí)現(xiàn)控制？ 1.采用數(shù)字電位器改動(dòng)反響電阻或供電線路上的壓降。 2.用不同占空比的調(diào)制波控制開關(guān)管，獲得所需電源電壓。2.發(fā)揚(yáng)