模電課件-第8章功率放大器

第八章功率放大電路功率放大器的一般問題8.1乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.4*8.5集成功率放大器及其應(yīng)用射極輸出器—甲類放大的實(shí)例8.2(4-2)一、功率放大電路特點(diǎn)與研究對(duì)象1、功率放大器是一種不失真的向負(fù)載提供足夠的輸出功率的電路8.1功率放大電路的一般問題大電壓大電流{大信號(hào)圖解法失真功耗(4-3)例：

擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.功率放大器的作用功率放大電壓放大信號(hào)提取

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

一、功率放大電路的特點(diǎn)及研究對(duì)象1、要求輸出功率盡可能大5.1功率放大電路的一般問題

2、效率要高3、非線性失真要小4、BJT的散熱問題(4-5)1、共發(fā)射極放大電路的效率問題+VCCRLC1+RBuce=uovCE

iCO

tiCO

QIcmVcem設(shè)“Q”設(shè)置在交流負(fù)載線中點(diǎn)VCCIC二、功率放大電路提高效率的途徑1、甲類：在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)0ICQ0iCiB=常數(shù)QvCEiCt從甲類放大電路中知道，靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素。失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。

三、功率放大電路的分類2、乙類00iCiB=常數(shù)QvCEiCt失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高三極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通3、甲乙類：0ICQ0iCiB=常數(shù)QvCEiCt甲乙類和乙類放大主要用于功率放大電路中失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率高

三極管的導(dǎo)通時(shí)間超過半個(gè)周期小于一個(gè)周期(介于甲類、乙類中間)3、甲乙類：三極管的導(dǎo)通時(shí)間超過半個(gè)周期小于一個(gè)周期

(介于甲類、乙類中間)功率放大電路的分類1、甲類：在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)2、乙類：三極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通(4-10)總結(jié)

A、為了得到大的輸出功率。要求電路輸出盡可能大的電壓和電流。B、小信號(hào)等效電路不適應(yīng)。C、為提高效率，有源器件工作在乙類、甲乙類狀態(tài)，而不是甲類狀態(tài)。D、散熱與保護(hù)等問題。工作在大信號(hào)狀態(tài)。采用圖解法(4-11)8.2射極輸出器—甲類放大的實(shí)例1.電路組成及工作原理(4-12)2.功率及效率的計(jì)算()

8.3.1電路組成1、兩個(gè)參數(shù)、性能相同的異形管：

NPNPNP2、兩個(gè)電源連接組成vi+RLic1-+-voic2iLT1T2+Vcc-Vcc8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器基極輸入

射極輸出

負(fù)載

(4-14)8.3.1電路組成(a)(b)(c)兩個(gè)射極輸出器組合而成

射極輸出器輸出電阻小、帶負(fù)載能力強(qiáng)

5.2乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器(4-15)8.3乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器8.3.2工作原理iE1(4-16)8.3.2工作原理（設(shè)vi為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：vi=0Vic1、ic2均=0

vo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：vi

0VT1截止，T2導(dǎo)通vi>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作。(4-17)vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL輸入輸入波形圖vivovovo′交越失真死區(qū)電壓(4-18)ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；特點(diǎn)：(2)每管導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；(3)存在交越失真。

(4-19)（1）最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率Po8.3.3分析計(jì)算(4-20)單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗（2）管耗PT兩管管耗(4-21)（3）電源供給的功率PE當(dāng)（4）效率(4-22)管耗PC

8.3.4三極管的最大管耗

(4-23)令則：時(shí)管耗最大，即：每只管子最大管耗為

0.2Pom8.3.4三極管的最大管耗

(4-24)例已知：VCC=－VCC=24V，RL=8，忽略VCE(sat)

求Pom

以及此時(shí)的PDC、PC1，并選管。[解]PDC=2V2CC/RL=2242//(8)=45.9(W)RLV1V2+VCC+vi+voVEE(4-25)=0.5(45.936)=4.9(W)V(BR)CEO>48VICM>24/8=3(A)可選：V(BR)CEO=60100VICM=5APCM=1015W(4-26)8.3.5選管條件1.PCMPT1max=0.2PoM2．(4-27)IB=0

8.3.6交越失真的消除

在輸出信號(hào)正、負(fù)半周交替過零處，因三極管存在開啟電壓而形成的非線性失真，稱為交越失真。(4-28)5.2乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器5.2.6交越失真及其消除給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。RLvi-VCC+VCCVT1VT2voD2RD1R克服交越失真思路：(4-29)5.2.6交越失真及其消除(4-30)5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路給V1、V2提供靜態(tài)電壓tiC0ICQ1ICQ2RLRV3V4V1V2+VCC+ui+uoVCCV5viRLvoT1T2+VccT3Rc3Re3D1D2-Vccic1ic2iL

利用二極管進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱電路。5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路viRLvoT1T2+VccT4R1R2Re3RC3-vccT3ic1ic2iL利用VBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的互補(bǔ)對(duì)稱電路5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路vi+RL+voT1T2+VccT3R1R2RC3ReD1D2KCeC1Cb1b2b3++C3

帶自舉的單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(4-34)5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路當(dāng)vi=0時(shí)，V1、V2微導(dǎo)通。當(dāng)vi<0(至)，

V1

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；V2微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。當(dāng)vi>0(至)，

V2

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；

V1微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。(4-35)克服交越失真的電路V1V2V3V4V1V2RtB1B2V1V2V3R2R15.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(4-36)實(shí)際電路V4RL+VCC+uoV1V2V3VEER*1R2R3R4RL+VCC+uoV1V2V3V4V5VEE+uiR5.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(4-37)功率和效率RLV1V2+VCC+ui+uoVEE1.輸出功率最大不失真輸出電壓、電流幅度：最大輸出功率最大輸出功率2.電源功率PDC=IC1VCC+IC2VEE=2IC1VCC=2VCCUom/RL最大輸出功率時(shí)：PDC=2V2CC/RLPDC=2V2CC/RL3.效率PDC=2VCCIcm/

實(shí)際約為60%最大輸出功率時(shí)：(4-38)5.4甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(OTL)工作原理2

在輸入信號(hào)的負(fù)半周，經(jīng)T3倒向，VC3下降，T1截止，這時(shí)C放電，充當(dāng)電源，使T2導(dǎo)通，有電流流過RL，方向?yàn)橛上孪蛏希驝容量足夠大，即時(shí)間常數(shù)RLC足夠大，以保證C上電壓維持VCC/2基本不變。單電源電路的po、pV、、pT計(jì)算與雙電源相同，只不過要把原公式中的VCC換成VCC/2。(4-40)1、基本原理.單電源供電；.輸出加有大電容。（1）靜態(tài)分析則T1、T2特性對(duì)稱，令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC

6.4甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(OTL)(4-41)（2）動(dòng)態(tài)分析ic1ic2交越失真（電容相當(dāng)于電源）RLuiT1T2+VCCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)(4-42)（3）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：LCCLCCLRVIVV22maxmax==，(4-43)三、甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱放大電路V2+voRLRBV4GND+VCCV5V1CERERB1RB2+vi+++CE電容C的作用：1)充當(dāng)VCC/2電源2)耦合交流信號(hào)

6.4甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(OTL)vi+RL+voT1T2+VccT3R1R2RC3ReD1D2KCeC1Cb1b2b3++C3

帶自舉的單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(4-45)當(dāng)vi=0時(shí):當(dāng)vi>0時(shí)：V2導(dǎo)通，C放電，V2的等效電源電壓0.5VCC。當(dāng)vi<

0時(shí)：V1導(dǎo)通，C充電，V1的等效電源電壓

+0.5VCC。應(yīng)用OCL電路有關(guān)公式時(shí)，要用VCC/2取代VCC。(4-46)復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

1、復(fù)合管

復(fù)合管是由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管按一定的方式連接而成的。復(fù)合管又稱為達(dá)林頓管。①串接點(diǎn)的電流必須連續(xù);②并接點(diǎn)電流的方向必須保持一致。2、組成復(fù)合管時(shí)要注意兩點(diǎn):(4-47)復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱放大電路1.復(fù)合管(達(dá)林頓管)目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì)ib1(1+1)

ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+12)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+1)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V2(4-48)V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP(4-49)V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—

穿透電流泄放電阻準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路2.復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱電路舉例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo+ui+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8(4-50)RE1、RE2—穩(wěn)定“Q”、過流保護(hù)取值0.10.5V5V7、RP—克服交越失真R4—使V3、V4輸入電阻平衡V8—構(gòu)成前置電壓放大RB1—引入負(fù)反饋，提高穩(wěn)定性。VEVB8IB8IC8VB3VE(4-51)差分對(duì)管，構(gòu)成前置放大級(jí)鏡像恒流源，差分放大電路的有源負(fù)載NPNPNP因PNP管小，采用三只管子復(fù)合而成克服交越失真(4-52)1.功率管的工作類型類別特點(diǎn)Q點(diǎn)波形甲類無失真Q

較高ICQ較大Q

較高甲乙類有失真效率高ICQ小Q

較低乙類失真大效率最高ICQ=0

Q

最低tiCO

ICQiCO

ICQttiCO

ICQ2.OCL和OTL功放電路的特性(4-53)OCL電路和OTL電路的比較

電源雙電源單電源信號(hào)交、直流交流頻率響應(yīng)好fL

取決于輸出耦合電容C電路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜Pomax第八章功率放大電路(4-54)雙電源單電源優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

主要公式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，頻率響應(yīng)好，易集成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，頻率響應(yīng)好，易集成，單電源雙電源，電源利用率不高輸出需大電容，電源利用率不高最大輸出功率直流電源消耗功率效率最大管耗(4-55)END(4-56)(4-57)

引言

8.5.4TD2040集成功放及其應(yīng)用8.5.1LM384集成功放

8.5.3DG810集成功放及其應(yīng)用8.5.2LM386集成功放及其應(yīng)用6.5

集成功率放大器及其應(yīng)用(4-58)組成：前置級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)、偏置電路特點(diǎn)：輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護(hù)引言(4-59)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、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）。8.5.1集成功放LM384(4-60)+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：(4-61)集成功放LM384管腳說明:14

--

電源端（Vcc）3、4、5、7--

接地端（GND）10、11、12--

接地端（GND）2、6--

輸入端（一般2腳接地）

8--

輸出端（經(jīng)500電容接負(fù)載）)12345678910111213141--

接旁路電容（5）9、13--

空腳（NC）(4-62)集成功放LM384外部電路典型接法：500-+0.12.78146215Vccui8調(diào)節(jié)音量電源濾波電容外接旁路電容低通濾波,去除高頻噪聲輸入信號(hào)輸出耦合大電容(4-63)8.5.2

LM386集成功放及其應(yīng)用1.典型應(yīng)用參數(shù)：直流電源：412V額定功率：660mW帶寬：300kHz輸入阻抗：50k12348765引腳圖(4-64)2.內(nèi)部電路1.8開路時(shí)，

Au=20(負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng))1.8交流短路

Au=200(負(fù)反饋?zhàn)钊?電壓串聯(lián)負(fù)反饋(4-65)V1、V6：V3、V5：V2、V4：射級(jí)跟隨器，高Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負(fù)載V7~V12：功率放大電路V7為驅(qū)動(dòng)級(jí)(I0為恒流源負(fù)載)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

構(gòu)成PNP準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(4-66)3.典型應(yīng)用電路(4-67)

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1F810.047F+VCC6輸出電容(OTL)頻率補(bǔ)償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)(4-68)8.5.3

DG810集成功放及其應(yīng)用—

標(biāo)準(zhǔn)音頻功率放大功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬、有保護(hù)電路輸出電容輸入偏置交流負(fù)反饋頻率補(bǔ)償，防自激等自舉電容頻率補(bǔ)償防自激等VCC=15V時(shí)輸出功率6W+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C1C8C7C4C5C65F100k.01F100F1000pF0.1F4

564700pF10100F100F100R3R21000F100FC101電源濾波(4-69)6.5.4

TD2040集成功放及其應(yīng)用特點(diǎn)：輸出短路保護(hù)、自動(dòng)限制功耗、有過熱關(guān)機(jī)保護(hù)參數(shù)：直流電源：2.5~20V開環(huán)增益：80dB功率帶寬：100kHz輸入阻抗：50k輸出功率：22W(RL=4)雙電源(OTL)應(yīng)用電源濾波頻率補(bǔ)償防自激等輸出功率可大于15W交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋R1C2220k68022FR3R2ui12435C1C7C3C4C5C61F22k220F220F0.1F45+VCC(16V)20400.01F0.1F-VEE(-16V)R4大電容濾除低頻成分小電容濾除高頻成分(4-70)單電源(OTL)應(yīng)用：交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋使U1=0.5VCCC268022FR4ui435C