第八章功率放大器

第八章功率放大器1第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三第八章功率放大器§8.1概述§8.2互補對稱功率放大電路§8.3實際功放電路§8.4集成功率放大器§8.5變壓器耦合式功放電路第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三例1：擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。§8.1概述功率放大電壓放大信號提取第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三例2：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua:基準(zhǔn)電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTUOT

溫度調(diào)節(jié)過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三分析功放電路應(yīng)注意的問題(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)不能超過晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。ICMPCMUCEMIcuce第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三(2)電流、電壓信號比較大，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（）。Pomax

:負(fù)載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的直流功率。第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三不合適，因為效率太低。uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強，可以用做功率放大器嗎？問題討論:ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率：QicuceUSC(設(shè)RL=RE)第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三為使輸出信號的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點（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=0.5USC

靜態(tài)工作點：第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三放大電路的輸出沒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)第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點。既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補對稱射極輸出器。缺點：但又會引起截止失真。第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三§8.2互補對稱功率放大電路互補對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、PNP各一支；兩管特性一致。類型：第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三8.2.1無輸出電容的互補對稱功放電路一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三ic1ic2動態(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、T2兩個晶體管都只在半個周期內(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=0VT1、T2均不工作

uo=0V第13頁，共46頁，2023年，2月20日，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uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號ui在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)靜態(tài)電流ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時間等于半個周期；(3)存在交越失真。乙類放大的特點：第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三二、最大輸出功率及效率的計算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達到最大值。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：第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三電源提供的直流平均功率計算：每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為:兩個電源提供的總功率為：USC1=USC2=USCtic1第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三效率為：第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三三、電路的改進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

<uT時晶體管截止。iBiBuBEtuitUT第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三克服交越失真的措施：電路中增加R1、D1、D2、R2支路。R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時間均比半個周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大”。動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三uB1tUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。2.UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBI合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)的電壓。圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I>>IB，則第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的是：擴大電流的驅(qū)動能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三becibic1

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：第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三改進后的OCL準(zhǔn)互補輸出功放電路：

T1：電壓推動級

T1、R1、R2：

UBE倍增電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成的輸出級準(zhǔn)互補輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級：互補對稱射極跟隨器差動放大器第2級第1級：差動放大器第3級：單管放大器集成運放內(nèi)部的功率放大器第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三8.2.2無輸出變壓器的互補對稱功放電路一、特點1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則T1、T2特性對稱，令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三三、動態(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。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正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時，T1導(dǎo)通、T2截止；時，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5USCuit第28頁，共46頁，2023年，2月20日，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：uLULmaxuitt第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三實用OTL互補輸出功放電路調(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個二極管正向壓降，克服交越失真。Re1、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三§8.3實際功放電路這里介紹一個實用的OCL準(zhǔn)互補功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：(1)恒流源式差動放大輸入級（T1、T2、T3）；(2)偏置電路（R1、D1、D2）；(3)恒流源負(fù)載（T5）；(4)OCL準(zhǔn)互補功放輸出級（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（T4）；(7)校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8)UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9)調(diào)整輸出級工作點元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級反饋級偏置電路共射放大級UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補功放級保險管負(fù)載實用的OCL準(zhǔn)互補功放電路：第32頁，共46頁，2023年，2月20日，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：實際輸出功率約為20W。注：該實用功放電路的詳細(xì)分析計算請參考《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（童詩白主編）。第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三§8.4集成功率放大器特點：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LM384：生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：OTL輸出功率：8負(fù)載上可得到5W功率電源電壓：最大為28V第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三集成功放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）第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三集成功放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輸出耦合大電容第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三利用變壓器的阻抗變換功能，可實現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補其它類型功放電路的不足。一、特點例：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，便可解決以上問題?！?.5變壓器耦合式功放電路第37頁，共46頁，2023年，2月20日，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。

第38頁，共46頁，2023年，2月20日，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：由兩個共射極放大器組成，兩個三極管的射極接在一起。第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三輸入變壓器：將輸入信號分成兩個大小相等相位相反的信號，分別送兩個放大器的基極，使T1、T2輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩個集電極輸出信號合為一個信號，耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12.動、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui=0，T1、T2

均截止，iL