模擬電子技術(shù)低頻功率放大器

1、低頻功率放大器第5章5.1功率放大電路概述 能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱(chēng)為功率放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)功放。 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。功放電路的要求：Pomax 大，三極管極限工作 = Pomax / PV 要高失真要小功率放大電路的特點(diǎn)一、主要技術(shù)指標(biāo)1.最大輸出功率Pom 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱(chēng)為輸出功率。是交流功率，表達(dá)式為PoIoUo。 最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù)載上可能獲得的最大交流功率2.轉(zhuǎn)換效率 功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比。直流功率等于電源輸出電流

2、平均值與電壓之積。二、功率放大電路中的晶體管在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，要求晶體管工作在極限應(yīng)用狀態(tài)。選擇功放管時(shí)，要注意極限參數(shù)的選擇，還要注意其散熱條件，使用時(shí)必須安裝適宜的散熱片和各種保護(hù)措施。晶體管集電極電流最大時(shí)接近ICM晶體管管壓降最大時(shí)接近U（BR）CEO晶體管耗散功率最大時(shí)接近PCM三、功率放大電路的分析方法采用圖解法不適用小信號(hào)等效電路功率放大電路的分類(lèi)在放大電路中，假設(shè)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類(lèi)甲類(lèi)( = 2 )tiCO Icm2ICQtiCO Icm2ICQ乙類(lèi)( = )tiCO IcmICQ2甲乙類(lèi)( 0 T1 導(dǎo)通 T2 截

3、止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0 T2 導(dǎo)通 T1 截止iC1io = iE2 = iC2, uO = iC2RLui = 0 T1 、 T2 截止假設(shè)考慮三極管的開(kāi)啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生交越失真。消除交越失真的OCL電路的工作原理tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3ui = 0，給 T1、T2 提供靜態(tài)電壓UB1、B2UD1UD2UR2UB1、B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開(kāi)啟電壓之和，兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個(gè)微小的基極電流，分別為IB1和IB2 。靜態(tài)時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)R2

4、，使UE為0,即u0為0。OCL電路的輸出功率及效率當(dāng)輸入電壓足夠大，且又不產(chǎn)生飽和失真的圖解分析圖9.2.4OCL電路的圖解分析圖中I區(qū)為T(mén)1管的輸出特性，II區(qū)為T(mén)2管的輸出特性；二只管子的靜態(tài)電流很小，可認(rèn)為Q點(diǎn)在橫軸上。Uommax = UCC UCES1最大輸出電壓幅值最大不失真輸出電壓的有效值RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3最大輸出功率電源VCC提供的電流電源在負(fù)載獲得最大交流功率時(shí)所消耗的平均功率等于其平均電流與電源電壓之積。即電源供給功率：轉(zhuǎn)換效率理想情況下， UCES可忽略；但大功率管UCES較大，不能忽略理想情況下， UCES可忽略；那么

5、可以得到：功放管的功率損耗兩管總管耗PC=PE-PO如何求PC的最大功率？單管管耗OCL電路中晶體管的選擇一、最大管壓降UCE2max=2VCC UCES1二、集電極最大電流三、選擇功放管UCEmax=2VCC 考慮余量RLT1T2+VCC+ui+uoVCC在查閱手冊(cè)選擇晶體管時(shí)，應(yīng)使極限參數(shù)UBRCEO2VCCICMVCC/RLPCM0.2Pom 例1在圖所示電路中VCC 15V，輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降UCES 3V，電壓放大倍數(shù)約為1，負(fù)載電阻RL 4歐，1求解負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率2假設(shè)輸入電壓最大有效值為8V，那么負(fù)載上能夠獲得的最大功率為多少。解12因?yàn)閁OUi

6、，所以UOm8V。最大輸出功率RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3 在如下圖的這些電路中，用不同的方法為功放管設(shè)置了近似等于門(mén)限電壓的正偏壓。圖 7 減小交越失真的幾種電路5.2.5 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路存在的問(wèn)題及克服的措施5.2.6 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 1復(fù)合管 復(fù)合管的組合原那么：各管的電流的流通方向必須一致。各管的工作狀態(tài)必須相同，即各管必須同時(shí)進(jìn)入放大狀態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)等。 常用的幾種復(fù)合管如以下圖所示。5.2.6 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 2復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路如下圖，圖中V1和V3都是NPN管，二者復(fù)合后的等效三極管也是NPN管；V2和V4都是

7、PNP管，二者復(fù)合后的等效三極管也是PNP管，因此該電路具有很好的互補(bǔ)特性。5.2.6 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 為了使電路既互補(bǔ)，又具有很好的對(duì)稱(chēng)性，通常采用圖所示的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。 圖 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路5.3 單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 用一個(gè)電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器，俗稱(chēng)OTL電路，其根本電路形式如下圖。 用一個(gè)大容量電容取代了雙電源電容幾千微法的電解電容器靜態(tài)時(shí)，前級(jí)電路應(yīng)使基極電位為UCC/2，發(fā)射結(jié)電位為UCC/2 ，故電容上的電壓也UCC/2。單電源供電。T1和T2特性對(duì)稱(chēng)工作時(shí)， T1和T2輪流導(dǎo)通，電路為射極跟隨狀態(tài)Uo=Ui。5.4.1 通用型集成功率放大器LM386 LM386的外部

8、接線圖如下圖。它共有8個(gè)接線端，故也叫做八腳器件。 5.4.2 BiMOS集成功率放大器 雙極性晶體管和MOS管混合組成的功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)BiMOS集成功率放大器，其典型產(chǎn)品是SHM1150集成功率放大器。圖8a和圖8b分別是其內(nèi)部電路簡(jiǎn)化圖和外部接線圖，其外部接線十分簡(jiǎn)單，應(yīng)用非常方便。5.4.3 橋式互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路圖 BTL電路的根本形式 橋式互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，俗稱(chēng)BTL電路，其電路根本形式如下圖。圖中4個(gè)晶體管V1V4組成橋式互補(bǔ)電路。5.5 功率放大器應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題5.5.1 功放管的散熱5.5.2 晶體管的二次擊穿5.5.3 功放管的保護(hù)5.5.1 功放管的散熱 功放管的工作電流和工作電

9、壓都很大，在給負(fù)載輸出功率的同時(shí)，功放管自身也消耗功率，使功放管的溫度升高。當(dāng)晶體管的溫度超過(guò)PN結(jié)的最大允許結(jié)溫時(shí)，就會(huì)使晶體管損壞。手冊(cè)上或產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給出的PCM是在環(huán)境溫度為25，并且具備指定的散熱條件時(shí)，所測(cè)得的參數(shù)值。當(dāng)實(shí)際工作環(huán)境溫度高于25或者散熱條件達(dá)不到要求時(shí)，最大允許功耗會(huì)降低，因此，必須按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中給定的數(shù)據(jù)為功放管安裝合格的散熱片，以便充分發(fā)揮功放管的潛力。5.5.2 晶體管的二次擊穿 逐漸增大uCE，首先發(fā)生一次擊穿，如上圖中AB段所示。這種擊穿一般是雪崩擊穿，只要把擊穿后的電流限制在允許的范圍內(nèi)，功耗不超過(guò)PCM，晶體管就不會(huì)損壞，將uCE降低，晶體管又會(huì)恢復(fù)正常，所以一次擊穿是可逆的。 出現(xiàn)一次擊穿后，如果繼續(xù)使iC增大，當(dāng)iC增大到某一個(gè)數(shù)值時(shí)，uCE驟然減小，同時(shí)iC急劇增大，如上圖中的BC段所示。這時(shí)晶體管的功耗并未超過(guò)PCM，而且管子也不發(fā)燙，卻瞬間永久性地?fù)p壞了。這種現(xiàn)象叫做二次擊穿。二次擊穿是不可逆的。5.5.3 功放管的保護(hù) 為保證功放管平安工作，除正確地選擇功放管并設(shè)置合格的散熱條件外，還需要設(shè)置必要的保護(hù)電路，如過(guò)壓保