第4章功率放大電路ppt課件

1、第第4 4章章 功率放大電路功率放大電路4.1 4.1 概述概述4.1.1 功率放大的特點及主要性能指標功率放大的特點及主要性能指標 Pomax 大，三極管工作在盡限狀大，三極管工作在盡限狀態(tài)態(tài) = Pom / PV 要高要高非線性失真要小非線性失真要小特點：特點：晶體管的散熱與保護問題晶體管的散熱與保護問題分析方法分析方法-圖解法圖解法本章主要闡明功率放大電路的組成、最大輸出功率和效率的估算、以及集成功本章主要闡明功率放大電路的組成、最大輸出功率和效率的估算、以及集成功放的應(yīng)用。放的應(yīng)用。功率放大電路是在電源電壓確定情況下，以輸出盡可能大的不失真的信號功率功率放大電路是在電源電壓確定情況下，

2、以輸出盡可能大的不失真的信號功率和具有盡可能高的轉(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)。和具有盡可能高的轉(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)。（功放的輸入信號幅值較大，分析時應(yīng)采用圖解法）（功放的輸入信號幅值較大，分析時應(yīng)采用圖解法）最大輸出功率最大輸出功率Pom功率放大電路的主要技術(shù)指標是最大輸出功率和轉(zhuǎn)功率放大電路的主要技術(shù)指標是最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率：換效率：功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。在輸入為正功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。在輸入為正弦波且輸出基本不失真條件下，輸出功率是交流功率，表達式為弦波且輸出基本不失真條件下，輸出功率是交流

3、功率，表達式為Po=IoUo，式中，式中Io和和Uo均為交流有效值。最大輸出功率均為交流有效值。最大輸出功率Pom是在是在電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的最大交流功率。電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的最大交流功率。 轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換功率放大電路的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均效率。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均值與其電壓之積。值與其電壓之積。從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度看，功率放大電路與其它放大電路在本質(zhì)上沒有根本從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度看，功率放大電

4、路與其它放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別；只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，的區(qū)別；只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。因而，從功放電路而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。因而，從功放電路的組成和分析方法，到其元器件的選擇，都與小信號放大電路有著明顯的區(qū)別。的組成和分析方法，到其元器件的選擇，都與小信號放大電路有著明顯的區(qū)別。4.1.2 功率放大電路的分類功率放大電路的分類 甲類：甲類：乙類：乙類：甲乙類：甲乙類：分類：分類：0360T0180T00180360T甲類甲類乙類乙類

5、甲乙類甲乙類在放大電路中，當輸入信號為正弦波時，若晶體管在信號的整個在放大電路中，當輸入信號為正弦波時，若晶體管在信號的整個周期內(nèi)均導通即導通角為周期內(nèi)均導通即導通角為360），則稱之工作在甲類狀態(tài)。），則稱之工作在甲類狀態(tài)。若晶體管僅在信號的正半周或負半周導通即導若晶體管僅在信號的正半周或負半周導通即導通角為通角為180），則稱之工作在乙類狀態(tài)。），則稱之工作在乙類狀態(tài)。若晶體管的導通時間大于半個周期且小于周期即導通角在若晶體管的導通時間大于半個周期且小于周期即導通角在180 360之間），則稱之工作在甲乙類狀態(tài)。之間），則稱之工作在甲乙類狀態(tài)。放大電路的工作狀態(tài)放大電路的工作狀態(tài)甲類甲類(

6、= 2) tiCO IcM 2ICQ tiCO IcM 2ICQ乙類乙類(= ) tiCO IcM ICQ2甲乙類甲乙類( 0 T1 導通導通 T2 截截止止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0.2 PomU(BR)CEO 2VCCICM VCC / RL這里仍需強調(diào)，在選擇晶體管時，其極限參數(shù)，特別是這里仍需強調(diào)，在選擇晶體管時，其極限參數(shù)，特別是PCM應(yīng)留有一定的余量，并嚴格按手冊要求安裝散熱片。應(yīng)留有一定的余量，并嚴格按手冊要求安裝散熱片。RLT1T2+VCC+ui+uo VCC每只管子最大管耗為每只管子最大管耗為 0.2Pom例例1：在所示電路中，已知：在

7、所示電路中，已知VCC=15V，輸入電壓為正弦波，輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降為晶體管的飽和管壓降為3V，電壓放大倍數(shù)約為，電壓放大倍數(shù)約為1，負載電阻，負載電阻RL=4。（1求解負載上可能獲得的最大功率和效率；求解負載上可能獲得的最大功率和效率；（2若輸入電壓最大有效值為若輸入電壓最大有效值為8V，則負載上能夠獲得的最，則負載上能夠獲得的最大功率為多少？大功率為多少？解：解：（1求解負載上可能獲得的最大功率和效率求解負載上可能獲得的最大功率和效率LCESCComRUVP2)(2W18CCCESCCVUV4%8 .62（2）LomomRUP2W16功率放大電路的最大輸出功率除了決定于功

8、放功率放大電路的最大輸出功率除了決定于功放自身的參數(shù)外，還與輸入電壓是否足夠大有關(guān)。自身的參數(shù)外，還與輸入電壓是否足夠大有關(guān)。因為因為Uo=Ui，所以，所以Uom=8V例例2： 已知已知VCC = 24 V，RL = 8 ， 忽略忽略 UCE(sat) 求求 Pom 以及此時的以及此時的 PV、PT1， 并選管。并選管。W36822422L2omRVPCC 解解 LCCVRVP22W9 .45)(21oVT)1(PPP實實際際W9 . 4 W2 . 7362 . 0max1TPRLT1T2+VCC+ui+uo VCC W2 . 7362 . 0max1TPU(BR)CEO 48 VICM 24

9、 / 8 = 3 A可選：可選：U(BR)CEO = 60 100 VICM = 5 APCM = 10 15 W考慮：考慮： 已知已知VCC = 12 V，RL = 8 ，UCES=2V，1求求 Pom 、以及此時的以及此時的 PV、PT1， 并選管。并選管。2計算計算=0.6時的時的PoL2om2RUVPCESCC 解解 RLT1T2+VCC+ui+uo VCCLCESCCCCVRUVVP)(2W25. 682102W55. 9%4 .65VomPP W25. 12 . 0max1TomPP（1）U(BR)CEO 24 VICM 12 / 8 = 1.5 (A)可選：可選：U(BR)CEO

10、 = 30 VICM = 3 APCM = 5 W W25. 12 . 0max1TomPP（2）WPPVo73. 555. 96 . 04.3 改進型改進型OCL電路電路4.3.1 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路給給 T1、T2 提提供靜態(tài)電壓供靜態(tài)電壓 tiC0 ICQ1ICQ21.克服交越失真思路克服交越失真思路電路：電路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCT3當當 ui = 0 時，時，T1、T2 微導通。微導通。當當 ui 0 ( 至至 )， T2 微導通微導通 充分導通充分導通 微導通；微導通； T1 微導通微導通 截止截止 微導通。微導通。R

11、LRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCT32121DD、BBUUU使使UB1、B2略大于略大于T1管發(fā)射結(jié)和管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而使兩只管子均處于微導通狀態(tài)，使兩只管子均處于微導通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分即都有一個微小的基極電流，分別為別為IB1和和IB2。2.克服交越失真的方法克服交越失真的方法T1T2T3T4倍增電路有：倍增電路有：對對BEUT1T2T3R2R1利用二極管消除交越失真利用二極管消除交越失真UBE的倍增電路的倍增電路BEURRRRRUU21212BEB2、B11)(合理選擇合理選擇R1和和R2，可以得到，可以得到

12、UBE任意倍數(shù)的直流電壓，故稱任意倍數(shù)的直流電壓，故稱該電路為該電路為UBE倍增電路。同時，也可得到倍增電路。同時，也可得到PN結(jié)任意倍數(shù)的溫結(jié)任意倍數(shù)的溫度系數(shù)，故可以用于溫度補償。度系數(shù)，故可以用于溫度補償。3.消除交越失真的消除交越失真的OCL電路電路T4RL+VCC+uoT1T2T3 VEER1R2R3R4甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路4.功率和效率功率和效率 由于甲乙類互補對稱功率放大電路的靜態(tài)電流由于甲乙類互補對稱功率放大電路的靜態(tài)電流很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。近似相同。 對于甲乙類互補對

13、稱功率放大電路的輸出功對于甲乙類互補對稱功率放大電路的輸出功率與效率計算，仍然可以使用乙類功率放大電路的率與效率計算，仍然可以使用乙類功率放大電路的計算公式，這樣做計算過程簡單，誤差也不是很大。計算公式，這樣做計算過程簡單，誤差也不是很大。2CESCComUVULCESCCLomomRUVRUP2)(22CCCESCCVomVUVPP4LCCLomomRVRUP222LCCVRVP22%5 .784VomPP理想理想LCESCCCCVRUVVP)(24.3.2 準互補對稱放大電路準互補對稱放大電路1. 復(fù)合管復(fù)合管(達林頓管達林頓管)目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對ib1(1

14、+ 1) ib1(1 + 1) (1 + 2) ib1= (1 + 1 + 2+ 12) ib1 1 1 2 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 2121 1 1 i1i1 1 1 i1i1ibicie(1 + 2 + 12) ib1T1T2等效為等效為復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：在串接點，必須保證兩管電流方向的一在串接點，必須保證兩管電流方向的一致和連續(xù)實際電流方向不沖突）。致和連續(xù)實際電流方向不沖突）。在并接點，必須保證兩管電流同時流入在并接點，必須保證兩管電流同時流入接點或同時流出接點。接點或同時流出接點。必須保證復(fù)合管中每個管子都工作在放必須保證復(fù)合管中每個管子

15、都工作在放大區(qū)即保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。大區(qū)即保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。復(fù)合管類型與第一只管子相同。復(fù)合管類型與第一只管子相同。在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通路，且均在正確的外加電壓下每只管子的各極電流均有合適的通路，且均工作在放大區(qū)；工作在放大區(qū)；為了實現(xiàn)電流放大，應(yīng)將第一只管的集電極或發(fā)射極電流做為第為了實現(xiàn)電流放大，應(yīng)將第一只管的集電極或發(fā)射極電流做為第二只管子的基極電流。二只管子的基極電流。T1T2NPNT1T2PNPT1T2NPNT1T2PNP一些常見的復(fù)合管一些常見的復(fù)合管由于復(fù)合管有很高的電流放大系數(shù)，所以只需很小的輸入驅(qū)動電流由于復(fù)合管有很高的電流放大系

16、數(shù)，所以只需很小的輸入驅(qū)動電流iB，便可獲得，便可獲得很大的輸出集電極電流很大的輸出集電極電流iC。在一些場合下，還可將三只晶體管接成復(fù)合管，或?qū)?。在一些場合下，還可將三只晶體管接成復(fù)合管，或?qū)鲂?yīng)管和晶體管接成復(fù)合管。應(yīng)當指出使用三只以上管子構(gòu)成復(fù)合管的情況比場效應(yīng)管和晶體管接成復(fù)合管。應(yīng)當指出使用三只以上管子構(gòu)成復(fù)合管的情況比較少，因為晶體管數(shù)目太多時，會因結(jié)電容的作用使高頻特性變壞；而且為保證較少，因為晶體管數(shù)目太多時，會因結(jié)電容的作用使高頻特性變壞；而且為保證復(fù)合管中每一只管子都工作在放大區(qū)，必然要求復(fù)合管的復(fù)合管中每一只管子都工作在放大區(qū)，必然要求復(fù)合管的c-e間直流電壓足夠大，間

17、直流電壓足夠大，這就需要提高電源電壓。這就需要提高電源電壓。例：圖中的哪些接法可以構(gòu)成復(fù)合管？標出它們例：圖中的哪些接法可以構(gòu)成復(fù)合管？標出它們等效管的類型及管腳。等效管的類型及管腳。不能不能不能不能NPN型型BCE不能不能不能不能PNP型型BCENPN型型BCE練習：練習：2. 采用復(fù)合管的準互補功率放大電路采用復(fù)合管的準互補功率放大電路為了增大電流放大系數(shù)，以減小前級驅(qū)動電流，常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)。要為了增大電流放大系數(shù)，以減小前級驅(qū)動電流，常采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)。要尋找特性完全對稱的尋找特性完全對稱的NPN型和型和PNP型對管是比較困難的，所以，在實用型對管是比較困難的，所以，在實用電路中常采用準

18、互補電路。從輸出端看進去，電路中常采用準互補電路。從輸出端看進去，T2和和T4均采用了同類型管，均采用了同類型管，較容易做到特性相同。這種輸出管為同一類型管的電路稱為準互補電路。較容易做到特性相同。這種輸出管為同一類型管的電路稱為準互補電路。4.3.3 輸出電流的保護輸出電流的保護準互補電路，準互補電路，T3和和T4復(fù)合而成的復(fù)合而成的PNP型管與型管與NPN型管型管T2構(gòu)成互補形式，構(gòu)成互補形式，為了彌補它們的非對稱性，在發(fā)射極加兩個阻值不同的電阻為了彌補它們的非對稱性，在發(fā)射極加兩個阻值不同的電阻R3和和R4。R1、R2和和T1構(gòu)成構(gòu)成UBE倍增電路，為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，以倍增電

19、路，為電路設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，以消除交越失真。消除交越失真。 R3和和R4還作為輸出電流發(fā)射極電流的采樣電阻與還作為輸出電流發(fā)射極電流的采樣電阻與D1、D2共同構(gòu)成過流保護電路。共同構(gòu)成過流保護電路。3211RiuuuOBEDRT2導通導通時：時：當當iO未超過額定值時，未超過額定值時，uD1 0 時：時：T2 導通，導通，C 放電，放電，T2 的等效電源電壓的等效電源電壓 0.5VCC。當當 ui 0 時：時：T1導通，導通，C 充電，充電，T1 的等效電源電壓的等效電源電壓 + 0.5VCC。應(yīng)用應(yīng)用 OCL 電路有關(guān)公式時，要用電路有關(guān)公式時，要用 VCC / 2 取代取代 VCC

20、。RLRBT4+VCCT5T1T2CERERB1RB2+uo+ui+CEOCL 電路和電路和 OTL 電路的比較電路的比較*OCLOTL 電源電源雙電源雙電源單電源單電源信號信號交、直流交、直流交流交流頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)好好fL 取決于輸出耦合電容取決于輸出耦合電容 C電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)較簡單較簡單較復(fù)雜較復(fù)雜PomaxLCC2Lom22121RVRU LCC2L2om8121RVRU *4.4集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用 引言引言 4.4.2 DG810 集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用 4.4.3 TD2040 集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用 4.4.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用集成

21、功放及其應(yīng)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、效率高輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護有過流、過壓、過熱保護引言引言4.4.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用1. 典型應(yīng)用參數(shù)：典型應(yīng)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 寬：寬： 300 kHz輸入阻抗：輸入阻抗： 50 k12348765引腳圖引腳圖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

22、串聯(lián)負反聯(lián)負反饋饋V1、V6 ：V3、V5：V2、V4：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V7 V12：功率放大電路功率放大電路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 用于消除交越失用于消除交越失真真V8、V10 構(gòu)成構(gòu)成 PNP 準互補對準互補對稱稱3. 典型應(yīng)用電路典型應(yīng)用電路 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k10 F100 F220 F0.1 F810 .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

23、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)4.4.2 DG810 集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用 標準音頻功率放大標準音頻功率放大功率大、噪聲小、頻帶寬、功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬、有保護電路工作電源范圍寬、有保護電路輸出電容輸出電容輸入輸入偏置偏置交流負反饋交流負反饋頻率補償，防自激等頻率補償，防自激等自舉電容自舉電容頻率補償頻率補償防自激等防自激等VCC = 15 V 時輸出功率時輸出功率 6 W+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C1C8C7C4C5C65 F100 k.01 F100 F1000 pF0.1 F4 56 4 700 pF10100 F100 F100 R3R21000 F100 FC101 電源濾波電源濾波4.4.3 TD2040 集成功放及其應(yīng)用集成功放及其應(yīng)用 特點：特點： 輸出短路保護、自動限制功耗、有過熱關(guān)機保護輸出短路保護、自動限制功耗、有過熱關(guān)機保護參數(shù)：參數(shù)： 直流電源：直流電源： 2.5 20 V開環(huán)增益：開環(huán)