課題四音頻功放設(shè)計(jì)與制作

1、課題四音頻功放設(shè)計(jì)與制作1第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三課題四 音頻功率放大器的設(shè)計(jì)與制作第一講 音頻功放電路 互補(bǔ)對(duì)稱 功率放大電路的基本原理第二講 集成功放電路及其應(yīng)用第三講 功放管的連接和散熱2第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三例1： 擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)問(wèn)題一：功率放大電路的功能和特點(diǎn)功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。 第一講 音頻功放電路的基本原理功率放大電壓放大信號(hào)提取3第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三例2：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電

2、阻Ua : 基準(zhǔn)電壓Rt :熱敏電阻A：電壓放大器RtTUOT 溫度調(diào)節(jié)過(guò)程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功 放b溫控室A+-uo1加熱元件4第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三分析功放電路應(yīng)注意的問(wèn)題(1) 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(guò)晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce5第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三(2) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(3) 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。即注意提高電路的效率（）。Po

3、max : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE ： 電源提供的直流功率。6第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三不合適，因?yàn)樾侍?。 uotuo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？問(wèn)題討論1:ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率 ：QicuceUSC(設(shè)RL=RE)7第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三為使輸出信號(hào)的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為：uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負(fù)載線交流負(fù)載線UCEQ =

4、0.5USC 靜態(tài)工作點(diǎn)：8第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三放大電路的輸出沒(méi)有失真的工作方式稱為甲類放大。1. 直流電源輸出的功率2. 最大負(fù)載功率3. 最大效率(RL=RE時(shí))9第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三方法1：提高電源電壓 選用耐壓高、容許工作電流大和耗散功率大的器件方法2：改善器件的散熱條件 直流電源提供的功率，大部分消耗在放大器件上，使器件的溫度升高，如果散熱條件不好，極易燒壞放大器件。實(shí)際應(yīng)用時(shí)需加散熱片或用風(fēng)扇冷卻。 怎樣提高輸出功率？問(wèn)題討論2:10第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三如何解決

5、效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。問(wèn)題討論3:11第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三問(wèn)題二：互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的基本原理 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 無(wú)輸出變壓器形式 （ OTL電路）無(wú)輸出電容形式 （ OCL電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。類型：12第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三1、 無(wú)輸出電容的

6、互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。2. 雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電容。13第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui 0VT1截止，T2導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，T2截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V14第14頁(yè)，共51頁(yè)，2

7、022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL交越失真死區(qū)電壓uiuououo tttt交越失真：輸入信號(hào) ui在過(guò)零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。15第15頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期 ； (3) 存在交越失真。 乙類放大的特點(diǎn)：16第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)

8、輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：17第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三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:兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1 =USC2 =USCtic118第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三效率為：19第19頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三三、電路的改進(jìn)1. 克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在非線性，ui IB，則23第

9、23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三3. 電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：24第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三becibic 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：25第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)級(jí) T1、R1、R2： UBE倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)

10、成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ) 輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T626第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級(jí)第1級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃骷蛇\(yùn)放內(nèi)部的功率放大器27第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三2、無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、特點(diǎn)1. 單電源供電；2. 輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則 T1、T2 特性對(duì)稱，令：0.

11、5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC28第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三三、動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在 0.5USC 直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。若輸出電容足夠大， UC基本保持在0.5USC ，負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、 T2導(dǎo)通。0.5USCuit29第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：uLULmaxuitt30第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月2

12、0日，8點(diǎn)29分，星期三實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。Re1 、 Re2：電阻值12，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A31第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三 實(shí)際功放電路這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ： (1) 恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；(2) 偏置電路（R1、D1、D2）；(3) 恒流源負(fù)載（T5）；(4) OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、

13、T10）；(5) 負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）； (6) 共射放大級(jí)（T4）；(7) 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8) UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9) 調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。32第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：

14、33第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三輸出功率的估算：輸出電壓的最大值約為 19.7V，設(shè)負(fù)載 RL= 8 則最大輸出功率為：實(shí)際輸出功率約為 20W。注：該實(shí)用功放電路的詳細(xì)分析計(jì)算請(qǐng)參考模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（童詩(shī)白主編）。34第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三利用變壓器的阻抗變換功能，可實(shí)現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補(bǔ)其它類型功放電路的不足。一、特點(diǎn)例：OCL電路中，若 RL=80 、需要輸出功率 PO=50W。根據(jù)公式 得電源電壓：90V的電壓對(duì)電子電路顯然不合適。利用變壓器阻抗變換關(guān)系( RL= K2 RL)，把阻抗變小，便可解決以

15、上問(wèn)題。 變壓器耦合式功放電路35第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三 （變阻抗）變壓器原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：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。 36第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器1.原理電路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1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。37第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三輸入變壓器：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)放大器的基極，使 T1、T2 輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩

16、個(gè)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N138第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路。39第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1動(dòng)態(tài)分析： ui 0 時(shí)： T1導(dǎo)通、T2 截止，ic1 經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由 ic1決定。 若ui 為正弦信號(hào)，則 iL近似為正弦波。 ui 0 時(shí)： T2導(dǎo)通、T

17、1截止，ic2 經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由 ic2決定。ic2ic1T1、T2都只在半個(gè)周期內(nèi)工作，存在交越失真。40第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三3. 輸出功率及效率分析方法和前述互補(bǔ)對(duì)稱功放電路類似，請(qǐng)自行分析。這里的負(fù)載為變壓器原邊等效負(fù)載 RL。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N141第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三三、甲乙類變壓器耦合式推挽功率放大器Rb1、 Rb2、 Re 的作用：克服交越失真。USCT1T2RLiLuiReRb2Rb142第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三兩個(gè)三極

18、管都構(gòu)成靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射極放大器。其靜態(tài)工作點(diǎn)都設(shè)在剛剛超過(guò)截止區(qū)， IB很小，IC 也很小，從而降低了直流功耗。直流通道變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路：USCT1T2ReRb2Rb143第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三第二講 集成功放電路及其應(yīng)用44第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三 集成功率放大器特點(diǎn)：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。集成功放LM386：生產(chǎn)廠家：美國(guó)半導(dǎo)體器件公司電路形式：OTL輸出功率：8負(fù)載上可得到700mW功率電源電壓：412V 45第45頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三LM386內(nèi)部結(jié)構(gòu)：8172365446第46頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三集成功放 LM386管腳說(shuō)明:6- 電源端（ Vcc）4 - 接地端（ GND）2、3 反、同相輸入端 5 - 輸出端（經(jīng)250 電容接負(fù)載）)123456781、8 -空腳（NC），或接RC串聯(lián)電路改變?cè)鲆? -空腳（NC），或接旁路電容47第47頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，8點(diǎn)29分，星期三集成功放 LM386 外部電路典型接法：250+-