模擬電子線路-功率放大電路

§

8.1功率放大電路的一般問題§

8.2甲類互補功放§

8.3乙類雙電源互補功率放大器§

8.4甲乙類雙電源互補功率放大器§

8.5集成功率放大器第八章功率放大電路例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。

功率放大電壓放大信號提取8.1功率放大電路的一般問題例2：溫度控制R1-R3:標準電阻Va:基準電壓Rt:熱敏電阻A：電壓放大器RtTVOT

溫度調(diào)節(jié)過程VbVO1R1aR2voVsc+R3Rt

功

放b溫控室A+-vo1加熱元件1．功率放大電路的定義

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動負載，帶負載能力要強。2．功率放大電路與電壓放大電路的區(qū)別

(1).本質(zhì)相同電壓放大電路或電流放大電路：主要用于增強電壓幅度或電流幅度。功率放大電路:主要輸出較大的功率。但無論哪種放大電路，在負載上都同時存在輸出電壓、電流和功率，從能量控制的觀點來看，放大電路實質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。因此，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。稱呼上的區(qū)別只不過是強調(diào)的輸出量不同而已。(2).任務(wù)不同(3).指標不同(4).研究方法不同電壓放大電路：主要任務(wù)是使負載得到不失真的電壓信號。輸出的功率并不一定大。在小信號狀態(tài)下工作.功率放大電路：主要任務(wù)是使負載得到不失真（或失真較?。┑妮敵龉β省Ｔ诖笮盘枲顟B(tài)下工作。電壓放大電路：主要指標是電壓增益、輸入和輸出阻抗.功率放大電路：主要指標是功率、效率、非線性失真。電壓放大電路：圖解法、等效電路法功率放大電路：圖解法(1)．輸出功率Po盡可能大(2)．效率要高Po大，電路的能量損耗也大(3)．非線性失真要小大信號工作狀態(tài)，與Po、是一對矛盾(4)．功放管散熱和保護問題3.功率放大電路的特殊問題

要求Vo和Io都足夠大根據(jù)靜態(tài)偏置或輸出功放管導(dǎo)通角的不同，功放電路可分為四種:4.功率放大電路的分類

甲類乙類甲乙類丙類類別工作點波形導(dǎo)通角特點甲類甲乙類乙類較高較低最低360180180—360無失真效率低失真大效率最高失真大效率較高功放電路分類比較表T1+VccOCL(無輸出電容)雙管：NPN、PNP特性相同且互補雙共集電路雙電源供電

8.3乙類雙電源互補對稱功率放大電路又稱OCL互補功放8.3.1電路組成T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-vi正半周時結(jié)論：兩個三極管，輪流導(dǎo)電（正、負半周）互補不足忽略三極管的開啟電壓:T1導(dǎo)電iC1通過RLvi負半周時T2導(dǎo)電iC2通過RL合成完整、不失真波形互補推挽T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-OtiC1OtiC2OtiLiC1iC2工作原理負載上的最大不失真電壓為Vom=VCC-VCESvo=-vce8.3.2分析計算1．輸出功率Po最大不失真功率為：理想最大輸出功率為：以正半周為例功率三角形Vom:峰值2．三極管的管耗PT

3．直流電源供給功率PV當(dāng)Vom=VCC

時，ηmax=π/4=78.5％。4．效率η問：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Vom求導(dǎo)得出：8.3.3功率BJT的選擇1．最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系將Vom=0.64VCC代入PT1表達式得:PT1max發(fā)生在Vom=2VCC/=0.64VCC處2.功率BJT的選擇(1)最大允許管耗PCM(2)|V(BR)CEO|(3)最大集電極電流ICM≥0.2POM≥2VCC散熱與最大功耗PCM的關(guān)系電源供給的功率，一部分轉(zhuǎn)換為負載的有用功率，另一部分則消耗在功率管的集電結(jié)，變?yōu)闊崮芏构苄镜慕Y(jié)溫上升。如果晶體管管芯的溫度超過管芯材料的最大允許結(jié)溫TjM(鍺管TjM約為75℃~100℃,硅管TjM約為150℃~200℃)，則晶體管將永久損壞。這個界限稱為晶體管的最大允許功耗PCM。

描述熱傳導(dǎo)阻力大小的物理量稱為熱阻RT。RT的量綱為℃/W，它表示每消耗1W功率結(jié)溫上升的度數(shù)。為減小散熱阻力，改善散熱條件，通常采用加散熱器的方法。圖

(a)給出一種鋁型材散熱器的示意圖。加散熱器后，熱傳導(dǎo)阻力等效通路如圖

(b)所示。圖中：

RTj——內(nèi)熱阻，表示管芯到管殼的熱阻；

RTfo——管殼到空間的熱交換阻力；

RTc——管殼到散熱器之間的接觸熱阻，與管殼和散熱器之間的接觸狀況有關(guān)；

RTf——散熱器到空間的熱交換阻力，與散熱器的形狀、材料以及面積有關(guān)。散熱器和熱傳導(dǎo)阻力等效通路(a)鋁型材散熱器示意圖；(b)熱傳導(dǎo)阻力等效通路(熱阻計算)

由圖可見，不加散熱器時，總熱阻RTo為

由于管殼散熱面積很小，RTfo是很大的。加散熱器后，由于(RTc+RTf)≤RTfo，所以，總熱阻RT為顯然，RT<<RTo。功率管的最大允許功耗PCM與總熱阻RT、最高允許結(jié)溫TjM和環(huán)境溫度To有關(guān)，其關(guān)系式為二次擊穿現(xiàn)象與安全工作區(qū)

功率管在實際應(yīng)用中，常發(fā)現(xiàn)功耗并未超額，管子也不發(fā)燙，但卻突然失效。這種損壞不少是由于“二次擊穿”所致。二次擊穿現(xiàn)象可由圖

(a)來說明。當(dāng)集電極電壓vCE增大時，首先可能出現(xiàn)一次擊穿(圖中AB段)。這種擊穿是正常的雪崩擊穿。二次擊穿的起點與iB大小有關(guān)。通常將其起、始點連線稱為二次擊穿臨界線，如圖

(b)所示。功率管的二次擊穿現(xiàn)象(a)二次擊穿現(xiàn)象；(b)二次擊穿臨界線

為保證功率管安全可靠地工作，除保證電流小于ICM、功耗小于PCM、工作反壓小于一次擊穿電壓V(BR)CEO外，還應(yīng)避免進入二次擊穿區(qū)。所以，功率管的安全工作區(qū)如圖所示。

雙極型功率管的安全工作區(qū)乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:Vi-VccT1T2uo+VccRLiL失真死區(qū)電壓vivov"ov′o

′tttt輸入信號

vi在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真。vi很小時,在正、負半周交替過零處會出現(xiàn)非線性失真，這個失真稱為交越失真。乙類雙電源互補對稱功率放大電路存在的問題

8.4甲乙類互補對稱功率放大電路

為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點偏置，使之工作在甲乙類。(a)利用二極管提供偏置電壓參數(shù)計算：與乙類功放同

偏置電壓/VICQ/mATHD/%0.600.0481.220.650.330.2440.702.200.00680.7513.30.0028諧波失真度8.4.1甲乙類雙電源互補對稱電路T1+VccVi+--VccT2RLvo+-(b)利用三極管恒壓源提供偏置VCE4=VBE4(R1+R2)/R2OTL（無輸出變壓器)單電源電容器Co選擇：靜態(tài):Vk=VCC/2LLπ21fRC3(5-10)8.4.2甲乙類單電源互補對稱電路動態(tài)分析設(shè)輸入端在

0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號。若輸出電容足夠大，

VC基本保持在0.5VCC，負載上得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLviT1T2+VCCCAVL+-0.5VCCvit時，T1導(dǎo)通、T2截止；時，T1截止、

T2導(dǎo)通。輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且

vi幅度足夠大。則：vLVLmaxvitt參數(shù)計算：OCL公式中以VCC/2取代VCC

理想最大輸出功率為：實用OTL互補輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)VAQ=0.5VCCD1

、

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，射極負反饋電阻，也起限流保護作用。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A

當(dāng)輸出功率較大時往往采用復(fù)合管復(fù)合管有四種形式：達林頓管：由NPN、PNP復(fù)合而成。復(fù)合管極性=前面管極性采用復(fù)合管的互補功放改進后的OCL準互補輸出功放電路：

T1：電壓推動級

T2、R1、R2：

VBE倍增電路

T3、T4、T5、T6：

復(fù)合管構(gòu)成的輸出級準互補

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。+Vcc-VccR1R2RLviT1T2T3T4T5T6廣泛用于音響、電視和小電機的驅(qū)動方面。大多數(shù)集成功率放大器=運算放大器+互補功率輸出。使用方法原則上與集成運放相同，注意極限參數(shù)（功耗、最大允許電源電壓等）一般加有足夠大的散熱器8.5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負載上可得到5W功率電源電壓：最大為28V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

電容接負載))12345678910111213141--

接旁路電容(5)9、13--

空腳（NC）集成功放LM384外部電路典型接法：500-+

0.12.78146215Vccvi8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負載上獲得的信號電壓要增加一倍。BTL放大電路輸出功率較大，負載可以不接地。BTL互補功放BTL原理電路+VCCRLVoVii2i1V1V2V3V4雙通道功放用于立體聲音響設(shè)備，一般有專門的集成功放產(chǎn)品。它有一個左聲道功放和一個右聲道功放，兩功放技術(shù)指標相同。需要在專門的立體聲音源下才能顯現(xiàn)出立體聲效果。有的高級音響設(shè)備一個聲道分成二、三個頻段放大，有相應(yīng)的低頻段、中頻段和高頻段放大器。例：OCL電路中，若

RL