電子技術(shù)第12講(功率放大器)

1、第第12講講第第11章章 基本放大電路基本放大電路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(bǔ)對(duì)稱功率放大電路原理互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱功放電路的互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱功放電路的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路11.3.6 11.3.6 實(shí)際功放電路實(shí)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( (教材教材1212.8).8)11.3 功

2、率放大電路功率放大電路例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)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(jí)輸出級(jí)，以，以驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)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(hào)號(hào)提提取取分析功放電路應(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 。 ICMPCMUCEM

3、Icuce(2) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止電流、電壓信號(hào)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(hào)功率。負(fù)載上得到的交流信號(hào)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?yàn)樾侍筒缓线m，因?yàn)樾侍?。 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(qiáng)，可以用做功率放大器嗎能力強(qiáng)，可以用做功率放大器

4、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(diǎn)（一般射隨靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部），信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真線的中部），信號(hào)波形正負(fù)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(diǎn)正好在負(fù)載點(diǎn)正好在負(fù)載線中點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：線中點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0

5、.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(diǎn)點(diǎn)但又會(huì)引起截止失真但又會(huì)引起截止失真既降低既降低Q Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：點(diǎn)又不會(huì)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(bǔ)對(duì)稱射極互補(bǔ)對(duì)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(hào)分成兩個(gè)大輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等相位相反的信號(hào)，分別送兩個(gè)小相等相位相反的信號(hào)，分別送兩個(gè)放大器的基極

6、，使放大器的基極，使T1、T2輪流導(dǎo)通。輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩個(gè)集輸出變壓器：將兩個(gè)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。給負(fù)載。放大器：由兩個(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)三極管的射極接在一起，放大器：由兩個(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)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(duì)于變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路直流相當(dāng)于短路對(duì)于任何一個(gè)三極管都是對(duì)于任何一個(gè)三極管都是靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射極靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射極放大器放大器U

7、SCT1ReRb2Rb1兩個(gè)三極管的靜兩個(gè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)都設(shè)在態(tài)工作點(diǎn)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(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)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、IB

8、Q等于零；等于零；(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間于半個(gè)周期每管導(dǎo)通時(shí)間于半個(gè)周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：二、最大輸出功率及效率的計(jì)算二、最大輸出功率及效率的計(jì)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(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。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分別為：壓和電流分別為：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUU

9、P21222max電源提供的直流平均功率計(jì)算：電源提供的直流平均功率計(jì)算： 每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：兩個(gè)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 TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型

10、： 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱功放電路無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、特點(diǎn)一、特點(diǎn)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(duì)稱，特性對(duì)稱，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、動(dòng)態(tài)分析三、動(dòng)態(tài)分析若輸出電容足夠大，其上電若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信

11、號(hào)正負(fù)半周對(duì)得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)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(dāng)于電源）相當(dāng)于電源）RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；2SCiUu 時(shí)，時(shí)，2SCiUu T1截止、截止、 T2導(dǎo)通。導(dǎo)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(hào)直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)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：LSCLSCLRUIUU22maxmax，LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUI

12、UP22)(sin2210ttdRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUttD1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2實(shí)用實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路互補(bǔ)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(gè)二極管正向壓降，個(gè)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(fù)反饋電阻，也起射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用限流保護(hù)作用b1b2增加對(duì)稱的負(fù)電源增加對(duì)稱的負(fù)電源-USC，使靜態(tài)時(shí)的，使靜態(tài)時(shí)的A點(diǎn)電位為點(diǎn)電位為011.3.5 無輸出電容的互補(bǔ)

13、對(duì)稱功放電路無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)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(shí)靜態(tài)時(shí): 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?dǎo)通壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)；微弱導(dǎo)通狀態(tài)；動(dòng)態(tài)時(shí)：動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號(hào)。加入正弦信號(hào)。正半周正半周 T2 截止截止，T1 基極電基極電位

14、進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。入良好的導(dǎo)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(diǎn)：特點(diǎn)：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(dǎo)通時(shí)間大每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基于半個(gè)周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceUSC /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

15、，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(fù)合管電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體

16、管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibicbecibic復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型改進(jìn)后的改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)級(jí)電壓推動(dòng)級(jí) T2、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(jí)復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)準(zhǔn)互補(bǔ) 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大器集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T

17、1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1級(jí)：差動(dòng)放大器級(jí)：差動(dòng)放大器第第2級(jí)：差動(dòng)放大器級(jí)：差動(dòng)放大器第第3級(jí)：單管放大器級(jí)：單管放大器第第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器稱射極跟隨器11.3.6 實(shí)際功放電路實(shí)際功放電路這里介紹一個(gè)實(shí)用的這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其準(zhǔn)互補(bǔ)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(dòng)放大輸入級(jí)（恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；）；(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(bǔ)功放輸出級(jí)（準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、

18、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(jí)（共射放大級(jí)（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(jí)工作點(diǎn)元件輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)反饋級(jí)偏置電路偏置電路共射放大級(jí)共射放大級(jí)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(bǔ)功放級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管保險(xiǎn)管負(fù)載負(fù)載實(shí)用的實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：RC低通