第八章功率放大器

第八章功率放大器1第1頁(yè)，共46頁(yè)，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(bǔ)對(duì)稱功率放大電路§8.3實(shí)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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例1：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等?！?.1概述功率放大電壓放大信號(hào)提取第3頁(yè)，共46頁(yè)，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(guò)程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

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

、PCM。ICMPCMUCEMIcuce第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三(2)電流、電壓信號(hào)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(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三不合適，因?yàn)樾侍汀otuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問(wèn)題討論:ibRbuoUSCuiRE估算射極輸出器的效率：QicuceUSC(設(shè)RL=RE)第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三為使輸出信號(hào)的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點(diǎn)（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(hào)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(diǎn)：第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三放大電路的輸出沒(méi)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(shí))第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三如何解決效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§8.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8.2.1無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)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(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。第12頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ic1ic2動(dòng)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(gè)晶體管都只在半個(gè)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(yè)，共46頁(yè)，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(hào)ui在過(guò)零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。第14頁(yè)，共46頁(yè)，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(shí)間等于半個(gè)周期；(3)存在交越失真。乙類放大的特點(diǎn)：第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電源提供的直流平均功率計(jì)算：每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1=USC2=USCtic1第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三效率為：第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、電路的改進(jìn)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(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUT第19頁(yè)，共46頁(yè)，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(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)；兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大”。動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三uB1tUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ第21頁(yè)，共46頁(yè)，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(yè)，共46頁(yè)，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(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：第23頁(yè)，共46頁(yè)，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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)

T1、R1、R2：

UBE倍增電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級(jí)第1級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃骷蛇\(yùn)放內(nèi)部的功率放大器第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8.2.2無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、特點(diǎn)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(duì)稱，令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、動(dòng)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(hào)。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(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5USCuit第28頁(yè)，共46頁(yè)，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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三實(shí)用OTL互補(bǔ)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(gè)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(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§8.3實(shí)際功放電路這里介紹一個(gè)實(shí)用的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）。第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三+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：第32頁(yè)，共46頁(yè)，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(shí)際輸出功率約為20W。注：該實(shí)用功放電路的詳細(xì)分析計(jì)算請(qǐng)參考《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（童詩(shī)白主編）。第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§8.4集成功率放大器特點(diǎn)：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(guó)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(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三集成功放LM384管腳說(shuō)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(yè)，共46頁(yè)，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(hào)輸出耦合大電容第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三利用變壓器的阻抗變換功能，可實(shí)現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補(bǔ)其它類型功放電路的不足。一、特點(diǎn)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(duì)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(wèn)題。§8.5變壓器耦合式功放電路第37頁(yè)，共46頁(yè)，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(yè)，共46頁(yè)，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(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)三極管的射極接在一起。第39頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等相位相反的信號(hào)，分別送兩個(gè)放大器的基極，使T1、T2輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩個(gè)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1第40頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12.動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui=0，T1、T2

均截止，iL