第10章功率放大電路

1、模 擬 電 子 技 術功率放大電路功率放大電路第第 1010章章模 擬 電 子 技 術家用電器：家用電器：電視機、冰箱、微波爐、洗衣機、空調(diào)為什么要用功率放大電路？為什么要用功率放大電路？辦公設備：辦公設備：電腦、打印機、復印機、傳真機工業(yè)設備：工業(yè)設備：儀表、電機無線通訊：無線通訊：手機、射頻識別國防軍用：國防軍用：雷達汽車領域：汽車領域：車載電子設備探測領域：探測領域：生命探測儀醫(yī)療器械：醫(yī)療器械：模 擬 電 子 技 術回顧：回顧：圖4-46 F007(5G24) 集成運放的內(nèi)部電路（P155） 為什么要用功率放大電路？為什么要用功率放大電路？模 擬 電 子 技 術例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系

2、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。 概概 述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模 擬 電 子 技 術10.1.1 功率放大電路的特殊問題功率放大電路的特殊問題10.1.2 功率放大電路的分類功率放大電路的分類模 擬 電 子 技 術1 1、大信號工作狀態(tài)，電壓、電流要求都比較大，接近功率、大信號工作狀態(tài)，電壓、電流要求都比較大，接近功率管的極限運用。管的極限運用。10.1.1 功率放大電路的特殊

3、問題功率放大電路的特殊問題圖2-17 晶體管的安全工作區(qū) 必須注意：電路參數(shù)不能超過必須注意：電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值晶體管的極限值: （1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM （2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓U(BR)CEO （3）集電極最大允許功率損）集電極最大允許功率損耗耗 PCM 。 模 擬 電 子 技 術2 2、安全的提供盡可能大的輸出功率、安全的提供盡可能大的輸出功率(Po)M表示最大輸出功率，表示最大輸出功率，(Uom)M表示最大輸出電壓的幅值，表示最大輸出電壓的幅值，(Iom)M表示表示最大輸出電流的幅值。最大輸出電流的幅值。 L2MomMomMomMomMom

4、Mo)(21)()(212)(2)()(RUIUIUP3 3、提供盡可能高的功率轉(zhuǎn)換效率、提供盡可能高的功率轉(zhuǎn)換效率4 4、允許一定非線性失真、允許一定非線性失真5 5、分析方法采用圖解法、分析方法采用圖解法6 6、功率管的散熱和保護問題、功率管的散熱和保護問題7 7、負載匹配問題、負載匹配問題%100VccoPP8 8、安全可靠性、安全可靠性模 擬 電 子 技 術1 1按放大信號頻率分類：按放大信號頻率分類：低頻、高頻低頻、高頻10.1.2 功率放大電路的分類功率放大電路的分類2按構(gòu)成放大電路的器件分類按構(gòu)成放大電路的器件分類分立元件功率放大電路和集成功率放大電路分立元件功率放大電路和集成功

5、率放大電路 3按電路形式分類按電路形式分類變壓器耦合的功率放大電路變壓器耦合的功率放大電路無輸出變壓器的功率放大電路無輸出變壓器的功率放大電路 后者又有后者又有OTL 、OCL 、BTL三種形式。三種形式。4 4按晶體管導通時間分類按晶體管導通時間分類甲類（甲類（A類）、乙類（類）、乙類（B類）、甲乙類（類）、甲乙類（AB類）、類）、丙類（丙類（C類）、類）、丁類（丁類（D類）類）模 擬 電 子 技 術甲類甲類( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 0 V1 導通導通 V2 截止截止i

6、C1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0 V1 微導通微導通 充分充分導通導通 微導通；微導通；V2 微導通微導通 截止截止 微導通。微導通。當當 ui 0 V2 微導通微導通 充分導通充分導通 微導通；微導通； V1 微導通微導通 截止截止 微導通。微導通。 ui = 0 ，VT1、VT2 微導通。微導通。兩管靜態(tài)電流相等，故流入負載的兩管靜態(tài)電流相等，故流入負載的靜態(tài)輸出電流為零，靜態(tài)輸出電壓靜態(tài)輸出電流為零，靜態(tài)輸出電壓也為零。也為零。（2）動態(tài)分析：）動態(tài)分析：ibbuuu21忽略忽略R2與二極管上壓降：與二極管上壓降：模 擬 電 子 技 術利用UBE擴大電路進

7、行偏置的互補對稱電路 模 擬 電 子 技 術10.3集成功率放大集成功率放大器器10.3.2 其它集成功放其它集成功放10.3.1 LM386 集成功放及其應用集成功放及其應用組成：組成： 前置級、中間級、輸出級、偏置電路前置級、中間級、輸出級、偏置電路特點：特點：輸出功率大、外圍輔助元件少、效率高輸出功率大、外圍輔助元件少、效率高有過流、過壓、過熱保護有過流、過壓、過熱保護分類：分類：通用型、專用型通用型、專用型模 擬 電 子 技 術10.3.1 LM386 集成功放及其應用集成功放及其應用1. 典型應用參數(shù)：典型應用參數(shù)：直流電源：直流電源：4 12 V額定功率：額定功率：660 mW帶帶

8、 寬：寬：300 kHz輸入阻抗：輸入阻抗：50 k 12348765引腳圖引腳圖典型的低功耗音頻功率放大器典型的低功耗音頻功率放大器2. 特性：特性：低功耗、電壓增益可調(diào)、電源電壓范圍大、外接元件少、頻率特性好低功耗、電壓增益可調(diào)、電源電壓范圍大、外接元件少、頻率特性好3. 典型應用：典型應用：錄音機、收音機等錄音機、收音機等模 擬 電 子 技 術2. 內(nèi)部電路內(nèi)部電路1. 8 開路時，開路時， Au = 20( (負反饋最強負反饋最強) )1. 8 交流短路交流短路 Au = 200( (負反饋最弱負反饋最弱) )電壓串電壓串聯(lián)負反聯(lián)負反饋饋模 擬 電 子 技 術V3、V4 ：V5、V6：

9、V1、V2：射級跟隨器，高射級跟隨器，高 Ri雙端輸入單端輸出差分電路雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負載恒流源負載輸出級：輸出級：V7 為驅(qū)動級為驅(qū)動級( (I0 為恒流源負載為恒流源負載) )V11、V12 用于消除交越失真用于消除交越失真V8、V10 構(gòu)成構(gòu)成 PNP 準互補對稱準互補對稱（1）電路組成：）電路組成：輸入級：輸入級：中間級：中間級：（2）電路增益：）電路增益：20221)(65657RRRRRFAMaxMinuf200221)(557RRRFAMinMaxuf模 擬 電 子 技 術 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F22

10、0 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6輸出電容輸出電容( (OTL) )頻率補償，抵消電頻率補償，抵消電 感高頻的不良影響感高頻的不良影響防止自激等防止自激等調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)放大倍數(shù)3. 實際應用電路實際應用電路模 擬 電 子 技 術模 擬 電 子 技 術10.4功率管的散熱與功率管的散熱與二次擊穿二次擊穿10.4.1 功率管的散熱功率管的散熱1. 熱阻熱阻(a)晶體管的散熱示意圖 (b)晶體管的散熱等效電路模 擬 電 子 技 術2. 晶體管的散熱計算晶體管的散熱計算 (a) 齒輪形 (b) 指狀形 (c) 板條形 模 擬 電 子 技 術10.4.2 功率管的二次擊穿功率管的

11、二次擊穿 1. 二次擊穿現(xiàn)象二次擊穿現(xiàn)象(a) 二次擊穿現(xiàn)象 (b) 二次擊穿臨界特性曲線模 擬 電 子 技 術2. 二次擊穿產(chǎn)生的原因二次擊穿產(chǎn)生的原因 產(chǎn)生二次擊穿的原因主要是管內(nèi)的結(jié)構(gòu)缺陷，例產(chǎn)生二次擊穿的原因主要是管內(nèi)的結(jié)構(gòu)缺陷，例如結(jié)面不均勻，晶格缺陷等。功率管一旦發(fā)生二次擊如結(jié)面不均勻，晶格缺陷等。功率管一旦發(fā)生二次擊穿，結(jié)區(qū)的某些薄弱點上的電流密度就會劇增，形成穿，結(jié)區(qū)的某些薄弱點上的電流密度就會劇增，形成局部過熱點，局部過熱點的溫度升高，反過來又使電局部過熱點，局部過熱點的溫度升高，反過來又使電流密度增大，如此反復作用，最終導致過熱點上的晶流密度增大，如此反復作用，最終導致過熱

12、點上的晶體熔化，在集電極和發(fā)射極間形成低阻通道，結(jié)果使體熔化，在集電極和發(fā)射極間形成低阻通道，結(jié)果使u uCECE急劇下降，急劇下降，i iC C急劇增大，導致功率管在沒有發(fā)燙時急劇增大，導致功率管在沒有發(fā)燙時就被損壞或性能嚴重惡化，因此，二次擊穿是不可逆就被損壞或性能嚴重惡化，因此，二次擊穿是不可逆的。的。模 擬 電 子 技 術3. 防止二次擊穿的措施防止二次擊穿的措施（1 1）在設計電路時，要設法使晶體管工作在安全區(qū)）在設計電路時，要設法使晶體管工作在安全區(qū)以內(nèi)，而且還要留有余地。例如增大功率余量，改善散以內(nèi)，而且還要留有余地。例如增大功率余量，改善散熱情況，選用較低的電源電壓。熱情況，選

13、用較低的電源電壓。（2 2）使用時要盡量避免產(chǎn)生過壓和過流的可能性，）使用時要盡量避免產(chǎn)生過壓和過流的可能性，不要將負載開路或短路，不要突然加強信號，同時不允不要將負載開路或短路，不要突然加強信號，同時不允許電源電壓有很大波動。許電源電壓有很大波動。（3 3）采取適當?shù)拇胧?。為了防止由于感性負載而使）采取適當?shù)拇胧榱朔乐褂捎诟行载撦d而使管子產(chǎn)生過壓或過流，可在負載兩端并聯(lián)二極管（或二管子產(chǎn)生過壓或過流，可在負載兩端并聯(lián)二極管（或二極管和電容），此外也可對晶體管加以保護，保護的方極管和電容），此外也可對晶體管加以保護，保護的方法很多，例如可以用穩(wěn)壓管并聯(lián)在功率管的法很多，例如可以用穩(wěn)壓管并聯(lián)

14、在功率管的c c、e e兩端，兩端，以吸收瞬時的過電壓等。以吸收瞬時的過電壓等。模 擬 電 子 技 術小小 結(jié)結(jié)1. 1. 功率放大電路的主要任務是在非線性失真允許的范功率放大電路的主要任務是在非線性失真允許的范圍內(nèi)，高效地獲得盡可能大的輸出功率。其主要功能是向圍內(nèi)，高效地獲得盡可能大的輸出功率。其主要功能是向負載提供交流功率，帶動一定裝置執(zhí)行動作。負載提供交流功率，帶動一定裝置執(zhí)行動作。2. 2. 功率放大電路的特點是信號的電流和電壓動態(tài)范圍功率放大電路的特點是信號的電流和電壓動態(tài)范圍大，工作時易接近功率管的極限參數(shù)和特性曲線的非線性大，工作時易接近功率管的極限參數(shù)和特性曲線的非線性區(qū)。所以

15、功率放大電路的性能指標是最大不失真輸出功率、區(qū)。所以功率放大電路的性能指標是最大不失真輸出功率、效率和非線性失真等。效率和非線性失真等。3. 3. 甲類功率放大電路的特點是失真小，但因為效率低，甲類功率放大電路的特點是失真小，但因為效率低，靜態(tài)功耗高，所以采用乙類互補對稱功率放大電路，其理靜態(tài)功耗高，所以采用乙類互補對稱功率放大電路，其理想情況下效率最高，但存在交越失真，且對稱管不太容易想情況下效率最高，但存在交越失真，且對稱管不太容易匹配。匹配。模 擬 電 子 技 術4. 在互補對稱電路中，有雙電源電路（在互補對稱電路中，有雙電源電路（OCL）和單電源電路（和單電源電路（OTL，BTL），其

16、中），其中OCL電路效電路效率雖然高，但是管耗太高，而率雖然高，但是管耗太高，而OTL電路雖然克服電路雖然克服了了OCL電路中管耗太高的缺點，但是輸出功率太電路中管耗太高的缺點，但是輸出功率太低，而低，而BTL電路能在單電源的情況下輸出與電路能在單電源的情況下輸出與OCL電路一樣大的輸出功率。電路一樣大的輸出功率。5. 為了消除交越失真，采用甲乙類互補對稱功為了消除交越失真，采用甲乙類互補對稱功率放大電路也可以獲得接近乙類功率放大電路的率放大電路也可以獲得接近乙類功率放大電路的效率。效率。6. 為了解決中大功率管互補配對問題，利用互為了解決中大功率管互補配對問題，利用互補復合管獲得大電流增益和較為對稱的輸出特性，補復合管獲得大電流增益和較為對稱的輸出特性，保證功放輸出級在同一信號下兩個輸出管交替工保證功放輸出級在同一信號下兩個輸出管交替工作，便形成準互補功率放大電路。作，便形成準互補功率放大電路。模 擬 電 子 技 術7. 7. 實際功率放大電路主要由輸入級、中間實際功率放大電路主要由輸入級、中間級、輸出級組成，此外，還有偏置電路負反級、輸出級組成，此外，還有偏置電路負反