清華模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第4章課件

第一節(jié)功率放大電路的主要特點(diǎn)對(duì)放大電路的要求放大電路中三極管的工作狀態(tài)放大電路的分析方法下頁(yè)總目錄在一些電子設(shè)備中，常要求放大電路的輸出級(jí)能帶動(dòng)某種負(fù)載，因而要求放大電路有足夠大的輸出功率。這種放大電路通稱為功率放大器。1.根據(jù)負(fù)載要求，提供足夠的輸出功率。最大輸出功率Pom：在正弦輸入信號(hào)下，輸出波形不超過(guò)規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時(shí)，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。21UcemIcm=

2·Icm2Pom=Ucem共射接法下一、對(duì)放大電路的要求下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)式中po為放大電路輸出給負(fù)載的功率，而pv為直流電源VCC所提供的功率。popvη=放大電路的效率可表示為2.具有較高的效率。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)如果功率放大電路的效率不高，不僅造成能量的浪費(fèi)，而且消耗在放大電路內(nèi)部的電能將轉(zhuǎn)換成為熱量，使管子、元件等溫度升高，因而不得不選用較大容量的放大管和其他設(shè)備，很不經(jīng)濟(jì)。三極管的安全工作區(qū)過(guò)流區(qū)iCuCE=PCM過(guò)壓區(qū)安全工作區(qū)ICM過(guò)損耗區(qū)U(BR)CEOiC/mAOuCE/V極限參數(shù)a.集電極最大允許電流ICMb.集電極最大允許耗散功率PCMc.極間反向擊穿電壓集射反向擊穿電壓U(BR)CEO集基反向擊穿電壓U(BR)CBO在功率放大電路中，由于三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變化，因此，對(duì)電路進(jìn)行分析時(shí)，一般不能采用微變等效電路法，常采用圖解法分析放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況。下頁(yè)上頁(yè)三、放大電路的分析方法根據(jù)功率放大電路的上述特點(diǎn)，可以組成功率放大的具體電路?？紤]電路的具體形式時(shí)，主要應(yīng)注意使放大電路具有足夠的輸出功率和較高的效率，并盡量減小輸出波形的非線性失真。首頁(yè)傳統(tǒng)功放多采用變壓器耦合方式，目前應(yīng)用的有：OTL電路：無(wú)輸出變壓器功率放大電路outputtransformerlessOCL電路：無(wú)輸出電容的功率放大電路outputcapacitorlessBTL電路：橋式推挽電路balancedtransformerless上述三種電路均采用射極輸出方式，即共集接法。（輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)）功率放大電路的分類功率放大管的工作狀態(tài)甲類：在信號(hào)整個(gè)周期中，放大管均導(dǎo)通。360°（不使用）乙類：放大管僅在信號(hào)半個(gè)周期導(dǎo)通。180°甲乙類：放大管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期。180°<α<360°一、電路組成和工作原理1.

OTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路R1和R2確定放大電路的靜態(tài)電位。2

VCC調(diào)整R1

和

R2的值，使靜態(tài)時(shí)兩管的發(fā)射極電位為2

VCC電容C2兩端的電壓也等于動(dòng)態(tài)時(shí)電容兩端的電壓保持0.5VCC的數(shù)值基本不變。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLOTL乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路C1+下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)otic1otic2otiLotui交越失真iC1iC2iLui>0時(shí)VT1導(dǎo)通VT2截止。ui<0時(shí)VT2導(dǎo)通VT1截止。iL=iC1–iC2下頁(yè)上頁(yè)R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuOVT2PNPRLC1+首頁(yè)動(dòng)畫(huà)R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+2.

OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路iC1iC2iLiB1iB2R、VD1和VD2為兩管提供了靜態(tài)基極電流IB1和IB2避免了ui較小時(shí)兩管同時(shí)截止減小了交越失真。iC1

和

iC2不為零，靜態(tài)時(shí)為零下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)Icm=(VCC

–

UCES)/RL靜態(tài)時(shí)

UCE1=+VCC,UCE2=–

VCC下頁(yè)上頁(yè)OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL3.

OCL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路OCL電路省去了大電容，既改善了低頻響應(yīng)，又有利于實(shí)現(xiàn)集成化，應(yīng)用更為廣泛。首頁(yè)仿真下頁(yè)上頁(yè)OCL電路存在的主要問(wèn)題：兩個(gè)三極管的發(fā)射極直接連到負(fù)載電阻上，如果靜態(tài)工作點(diǎn)失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個(gè)較大的電流長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)負(fù)載，可能造成電路損壞。為了防止出現(xiàn)此種情況，實(shí)際使用的電路中，常常在負(fù)載回路接入熔斷絲作為保護(hù)措施。首頁(yè)ui>0時(shí)工作點(diǎn)沿QA上移。ui<0時(shí)工作點(diǎn)沿QB下移。Ucem=VCC-UCES若VT1、VT2對(duì)稱下頁(yè)上頁(yè)二、互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算1.OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算首頁(yè)-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOCL互補(bǔ)電路的圖解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCCRLVCCPV

=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCPomPVη=≈=78.5%4π下頁(yè)上頁(yè)（2）效率當(dāng)輸出最大功率時(shí)，放大電路的效率等于最大輸出功率Pom與直流電源提供的功率PV之比。當(dāng)忽略飽和管壓降UCES時(shí)，OCL乙類和甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的效率為如果考慮三極管的飽和管壓降UCES，則OCL乙類和甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的效率將低于此值。首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)（3）功率三極管的極限參數(shù)在OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路中，流過(guò)三極管的最大集電極電流為：▼集電極最大允許電流ICM因此選擇功率三極管時(shí)，其集電極最大允許電流應(yīng)為：首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)在OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路中，兩個(gè)三極管的集電極電壓之和等于2VCC，即▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO當(dāng)VT2導(dǎo)電時(shí)，VT1截止，此時(shí)VT1的集電極承受反向電壓。當(dāng)VT2飽和時(shí)，VT1的集電極電壓達(dá)到最大，此時(shí)：或因此，功率三極管的集電極最大允許反向電壓應(yīng)為首頁(yè)Ucem=–

2VCCUCES若VT1、VT2對(duì)稱下頁(yè)上頁(yè)2.OTL互補(bǔ)對(duì)稱電路主要參數(shù)的估算2首頁(yè)-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOTL互補(bǔ)對(duì)稱電路的圖解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC交流負(fù)載線2RLVCCPom=UcemIcm=2121RLU2cemPom≈81RLV2CCPV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0PomPvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π21RL(VCC/2–UCES)2=若滿足UCES

<<2VCC2πRLV2CC≈πVCCIcm=下頁(yè)上頁(yè)（1）最大輸出功率（2）效率首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)（3）功率三極管的極限參數(shù)▼集電極最大允許電流ICM▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEOPTm=0.2Pom

▼集電極最大允許耗散功率PCMPCM>0.2Pom

首頁(yè)第三節(jié)采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱式放大電路復(fù)合管的接法及其β和rbe復(fù)合管組成的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路下頁(yè)總目錄一、復(fù)合管的接法及其β和rbe復(fù)合管可由兩個(gè)或兩個(gè)以上的三極管組合而成。它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。無(wú)論由相同或不同類型的三極管組成復(fù)合管時(shí)，首先，在前后兩個(gè)三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)三極管的輸出電流與后級(jí)三極管的輸入電流的實(shí)際方向一致。其次，外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)三極管均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2iC1iC2iE1=iB2iEiCiBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1與NPN型三極管等效下頁(yè)上頁(yè)VT1VT2bec首頁(yè)rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2與PNP型三極管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與PNP型三極管等效下頁(yè)上頁(yè)iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec首頁(yè)二、復(fù)合管組成的互補(bǔ)對(duì)稱放大電路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4VT3、VT4很難互補(bǔ)對(duì)稱VT3、VT4可實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)對(duì)稱VT1VT2+VCC-VCCuiRLuORR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2上頁(yè)首頁(yè)第四節(jié)集成功率放大器集成功率放大器的電路組成集成功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)集成功率放大器的引腳和典型接法下頁(yè)概述總目錄目前，利用集成電路工藝已經(jīng)能夠生產(chǎn)出品種繁多的集成功率放大器。集成功放除了具有一般集成電路的共同特點(diǎn)外，還有一些突出的優(yōu)點(diǎn)，主要有溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小等，還可以將各種保護(hù)電路也集成在芯片內(nèi)部，使用更加安全。集成功放從用途劃分，有通用型功放和專用型功放。從芯片內(nèi)部的構(gòu)成劃分，有單通道功放和雙通道功放。從輸出功率劃分，有小功率功放和大功率功放。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)一、概述集成功率放大器與一般集成運(yùn)算放大器的主要區(qū)別在于，對(duì)前者要求輸出更大的功率。為了達(dá)到這個(gè)要求，集成功放的輸出級(jí)常常采用復(fù)合管組成。另外，通常要求更高的直流電源電壓。對(duì)于輸出功率比較高的集成功放，有時(shí)要求其外殼裝散熱片。由于集成工藝的限制，集成功放中的某些元件要求外接。有時(shí)為了使用方便而有意識(shí)地留出若干引線端，允許用戶外接元件以靈活地調(diào)節(jié)某些技術(shù)指標(biāo)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)二、集成功率放大器的電路組成82716354R3R2R1R4R5R7R615kΩ15kΩ50kΩ1.35kΩ150Ω15kΩ50kΩVT1VT2VT3VD1VT10VT4VT5VT7VT8VT6VT9VD2輸入級(jí)為雙端輸入、單端輸出差分放大電路鏡像電流源中間級(jí)引入一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，減小非線性失真。首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)三、集成功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)測(cè)試條件最小典型最大單位工作電源電壓（V+）LM386N-1,-3，LM386M-1LM386N-4451218VV靜態(tài)電流（IQ）V+=6V,Ui=048mA輸出功率（PO）LM386N-1，LM386M-1LM386N-3LM386N-4V+=6V,RL=8Ω,THD=10%V+=9V,RL=8Ω,THD=10%V+=16V,RL=32Ω,THD=10%2505007003257001000mWmWmW電壓增益（Au

）V+=6V,f

=1kHz引腳1、8間接10μF電容2646dBdB帶寬(BW)V+=6V,引腳1、8開(kāi)路300kHzLM386主要技術(shù)指標(biāo)（大氣溫度TA=250C)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)參數(shù)測(cè)試條件最小典型最大單位總諧波失真（THD)V+=6V,RL=8Ω,PO=125mWf

=1kHz,引腳1和8開(kāi)路0