《電子線路》-18晶體管的大信號(hào)應(yīng)用 功率放大電路

《電子線路》-18晶體管的大信號(hào)應(yīng)用功率放大電路晶體管的大信號(hào)應(yīng)用

－功率放大電路

電子電路基礎(chǔ)2§1功放電路的特點(diǎn)和分類例擴(kuò)音系統(tǒng)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。功率放大電壓放大信號(hào)提取3特點(diǎn)要求輸出功率盡可能大，工作于極限狀態(tài)。電流、電壓要求都比較大，但電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM、UCEM

、PCM。ICMPCMUCEMIcuce4(2)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真，即非線性失真要小，用圖解法分析。(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。即電路的效率（

）要高。Po

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。5根據(jù)晶體管導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四類

甲類-------三極管360°導(dǎo)電；甲乙類----三極管180°～360°導(dǎo)電乙類-------三極管180°導(dǎo)電丙類-------三極管<180°導(dǎo)電分類6甲乙類180°～360°導(dǎo)電乙類180°導(dǎo)電

丙類<180°導(dǎo)電甲類360°導(dǎo)電7uotuoibRbuoUSCuiREQicuceUSC§2簡(jiǎn)單甲類功率放大電路8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)：91.直流電源輸出的功率2.輸出功率10放大電路的輸出沒(méi)有失真的工作方式稱為甲類放大。3.效率11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。12§3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：13§3.1無(wú)輸出電容的（OCL）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。14ic1ic2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=0V

T1、T2均不工作

uo=0V15(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；乙類放大的特點(diǎn)：UomaxiL-USCRLuiT1T2Uo+USC16二、分析計(jì)算最大功率：1.輸出功率Po172.管耗PC18最大管耗與輸出功率的關(guān)系此式為選管依據(jù)193直流電源供給的功率204效率21三、晶體管的選擇流過(guò)晶體管的最大集電極電流應(yīng)小于ICM;PCM>0.2POmax;3U(BR)CEO>2USC.22三、乙類推挽功放電路的交越失真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。23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。iBiBuBEtuitUT24克服交越失真的措施(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置甲乙類互補(bǔ)功率放大電路25§3.2利用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路四種類型的復(fù)合管26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方式一：27becibic

1

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：28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-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T629§3.3無(wú)輸出變壓器的（OTL)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC當(dāng)電路對(duì)稱時(shí)，輸出端的靜態(tài)電位等于USC/2。為了使負(fù)載上僅獲得交流信號(hào)，用一個(gè)電容器串聯(lián)在負(fù)載與輸出端之間。電容器的容量由放大電路的下限頻率確定，即

LLπ21fRC330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。0.5USCuit31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+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A32§3.4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）。33+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：34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）。35§3.5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28V36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）37集成功放LM384外部電路典型接法：500

-+0.1

2.78146215

Vccui8

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38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。§3.6變壓器耦合式功放電路39（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。40二、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。41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+-USCiLN2N1N142uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12.動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui=0，T1、T2

均截止，iL=0。變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路。43uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1動(dòng)態(tài)分析：

ui>0時(shí)：T1導(dǎo)通、T2截止，ic1經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由ic1決定。若ui

為正弦信號(hào)，則iL近似為正弦波。

ui<0時(shí)：T2導(dǎo)通、T1截止，ic2經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由ic2決定。ic2ic1T1、T2都只在半個(gè)周期內(nèi)工作，存在交越失真。443.輸出功率及效率分析方法和前述互補(bǔ)對(duì)稱功放電路類似，請(qǐng)自行分析。