第九章低頻功率放大電路

第九章低頻功率放大電路第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1低頻功率放大電路概述9.1.1分類圖9–1甲類、乙類、甲乙類功率放大電路的工作狀態(tài)示意圖第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.2功率放大器的特點(diǎn)1.輸出功率要足夠大如輸入信號(hào)是某一頻率的正弦信號(hào),則輸出功率表達(dá)式為式中,Io、Uo均為有效值。如用振幅值表示,,代入公式(9-1),則（9-1）第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.效率要高放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器,它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載,因此,要求轉(zhuǎn)換效率高。為定量反映放大電路效率的高低,引入?yún)?shù)η,它的定義為式中,Po為信號(hào)輸出功率,PE是直流電源向電路提供的功率。在直流電源提供相同直流功率的條件下,輸出信號(hào)功率愈大,電路的效率愈高。(9-3)第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.非線性失真要小為使輸出功率大,由式(9-2)可知Iom、Uom也應(yīng)大,故功率放大器采用的三極管均應(yīng)工作在大信號(hào)狀態(tài)下。由于三極管是非線性器件,在大信號(hào)工作狀態(tài)下,器件本身的非線性問(wèn)題十分突出,因此,輸出信號(hào)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真。當(dāng)輸入是單一頻率的正弦信號(hào)時(shí),輸出將會(huì)存在一定數(shù)量的諧波。諧波成分愈大,表明非線性失真愈大,通常用非線性失真系數(shù)γ表示,它等于諧波總量和基波成分之比通常情況下,輸出功率愈大,非線性失真就愈嚴(yán)重。第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.3提高輸出功率的方法1.提高電源電壓第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.改善器件的散熱條件普通功率三極管的外殼較小,散熱效果差,所以允許的耗散功率低。當(dāng)加上散熱片,使得器件的熱量及時(shí)散熱后,則輸出功率可以提高很多。例如低頻大功率管3AD6在不加散熱片時(shí),允許的最大功耗Pcm僅為1W,加了120mm×120mm×4mm的散熱片后,其Pcm可達(dá)到10W。在實(shí)際功率放大電路中,為了提高輸出信號(hào)功率,在功放管一般加有散熱片。第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.1.4提高效率的方法圖9–2功放的圖解法(甲類放大狀態(tài))第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三即為△M′MQ的面積。電源提供的直流功率為即為OMBA的面積值,故效率放大電路輸出功率為第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.改變功放管的工作狀態(tài)圖9–3乙類放大狀態(tài)第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.選擇最佳負(fù)載圖9–4最佳負(fù)載的確定第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路9.2.1雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(OCL電路)圖9–5雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三設(shè)兩管的門限電壓均等于零。當(dāng)輸入信號(hào)ui=0,則ICQ=0,兩管均處于截止?fàn)顟B(tài),故輸出uo=0。當(dāng)輸入端加一正弦信號(hào),在正半周時(shí),由于ui>0,因此V1導(dǎo)通、V2截止,ic1流過(guò)負(fù)載電阻RL;在負(fù)半周時(shí),由于ui<0,因此V1截止、V2導(dǎo)通,電流ic2通過(guò)負(fù)載電阻RL,但方向與正半周相反。即V1、V2管交替工作,流過(guò)RL的電流為一完整的正弦波信號(hào),波形如圖9-2所示。由于該電路中兩個(gè)管子導(dǎo)電特性互為補(bǔ)充,電路對(duì)稱,因此該電路稱為互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.指標(biāo)計(jì)算圖9–6雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路的圖解分析第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(1)輸出功率Po:當(dāng)考慮飽和壓降Uces時(shí),輸出的最大電壓幅值為一般情況下,輸出電壓的幅值Ucem總是小于電源電壓UCC值,故引入電源利用系數(shù)ξ(9-6)(9-4)第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三將(9-6)式代入(9-4)式得當(dāng)忽略飽和壓降Uces時(shí),即ξ=1,輸出功率Pom可按下式估算:第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9-7Po與ξ關(guān)系曲線第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)效率η:η由(9-3)式確定。為此應(yīng)先求出電源供給功PE。圖9–8集電極電流ic波形第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三因此,直流電源UCC供給的功率為因考慮是正負(fù)兩組直流電源,故總的直流電源的供給功率為第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)ξ=1時(shí),效率η最高,即圖9–9PE與ξ的關(guān)系曲線第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(3)集電極功率損耗Pc:圖9-10Pc與ξ的關(guān)系曲線(9-14)第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.存在問(wèn)題(1)交越失真。圖9–11互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的交越失真第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9–12克服交越失真的幾種電路圖9-12(a)是利用V3管的靜態(tài)電流IC3Q在電阻R1上的壓降來(lái)提供V1、V2管所需的偏壓,即第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9-12(b)是利用二極管的正向壓降為V1、V2提供所需的偏壓,即圖9-12(c)是利用UBE倍壓電路向V1、V2管提供所需的偏壓,其關(guān)系推導(dǎo)如下:所以第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)用復(fù)合管組成互補(bǔ)對(duì)稱電路圖9–13復(fù)合管的幾種接法第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9–14復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱級(jí)第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9–15準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.2.2單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路(OTL電路)圖9–16單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.2.3實(shí)際功率放大電路舉例圖9–17OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9-18集成運(yùn)放作為前置級(jí)的OCL電路第32頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三9.3集成功率放大器9.3.1內(nèi)部電路組成簡(jiǎn)介圖9-19中虛線框內(nèi)為DG4100系列單片集成功放內(nèi)部電路。它由三級(jí)直接耦合放大電路和一級(jí)互補(bǔ)對(duì)稱放大電路構(gòu)成,并由單電源供電,輸入及輸出均通過(guò)耦合電容與信號(hào)源和負(fù)載相連,是OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。第33頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三圖9-19DG4100集成功放與外接元件總電路圖第34頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期三因?yàn)榉答佊奢敵龆酥苯右凛斎攵?且放大器的開(kāi)環(huán)增益很高(三級(jí)電壓放大),整個(gè)放大電路為深度負(fù)反饋放大器,所以,放大器的閉環(huán)電壓增益約為1/F,即當(dāng)信號(hào)ui正半周輸入時(shí),V2輸出也為正半周,經(jīng)兩級(jí)中間放大后,V7輸出仍為正半周,因此V12、V13復(fù)合管