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文檔簡介
1、第4章 功率放大電路,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),例1: 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。,4.1 功率放大電路的主要特點(diǎn),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,Rt,T,uo,T,Ub,uo1,對(duì)功率放大電路的要求:,(1) 根據(jù)負(fù)載要求,提供所需要的輸出功率。,最大輸出功率:,(2) 具有較高的效率,PO : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。 PV : 電源提供的直流功率。,(3) 盡量減小非線性失真。,功率放大電路的分析方法:圖解法,分析功放電路時(shí)應(yīng)注意的問題,(1)
2、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 。,(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()。,不合適,因?yàn)樾侍?。,估算射極輸出器的效率 :,(設(shè)RL=RE),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)。,直流負(fù)載線,交流負(fù)載線,uo的取值范圍,靜態(tài)工作點(diǎn):,UCEQ = 0.5VCC,若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū),輸出信號(hào)uo的最大峰值只能為:,1. 直流電源輸出的
3、功率,2. 最大負(fù)載功率,3. 最大效率,(RL=RE 時(shí)),放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大。,如何解決效率低的問題?,辦法:降低Q點(diǎn)。,缺點(diǎn):但又會(huì)引起截止失真。,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。,4.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補(bǔ)對(duì)稱:電路中采用兩只晶體管,NPN、 PNP各一只;兩管特性一致。,類型:,4.2.1 無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路(OCL),一、工作原理(設(shè)ui 為正弦波),電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):,1. 由NPN型、P
4、NP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。,靜態(tài)分析:,因此,不需要隔直電容。,ui = 0V T1、T2 均不工作 uo = 0V,動(dòng)態(tài)分析:,ui 0V,T1導(dǎo)通,T2截止,iL= ic1 ;,ui 0V,T1截止,T2導(dǎo)通,iL=ic2,T1、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。,乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:,死區(qū)電壓,交越失真:輸入信號(hào) ui 在過零前后,輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真稱為交越失真。,乙類放大的特點(diǎn): 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零; 每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期; 存在交越失真。,二、最大輸出功率及效率的計(jì)算
5、,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。,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:,負(fù)載上得到的最大功率為:,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:,VCC1 =VCC2 =VCC,兩個(gè)電源提供的總功率為:,最大效率為:,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。,克服交越失真的措施:電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,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?,致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀
6、態(tài);,動(dòng)態(tài)時(shí):設(shè) ui 加入正弦信號(hào)。正半周時(shí)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)半周時(shí)T1截止,T2 進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。,甲乙類放大的波形關(guān)系:,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。,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,圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I IB,則,合理選擇R1、R2 的大小,B1、B2間便可得到 UBE 任意倍數(shù)的電壓。,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
7、管的構(gòu)成方式:,方式一:,方式二:, 1 2,晶體管的類型由復(fù)合管中的第一只管子決定。,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),T2、R1、R2: UBE倍增電路,T3、T4、T5、T6: 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí),第4級(jí):互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器,第3級(jí):單管放大器,集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大器,4.2.2 無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路(OTL),一、特點(diǎn),1. 單電源供電;,2. 輸出加有大電容。,二、靜態(tài)分析,令:,則 T1、T2 特性對(duì)稱,三、動(dòng)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(hào)。,時(shí),T1導(dǎo)通、T2截止;,若輸出電容足夠大,UC 基本保持在 0.5VCC ,
8、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。,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:,實(shí)用的OTL互補(bǔ)輸出功放電路,調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5VCC,D1、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12,射極負(fù)反饋電阻,也起限流保護(hù)作用。,4.4 集成功率放大器,特點(diǎn):溫度穩(wěn)定性好、電源利用率高、功耗較低、非線性失真較小、工作可靠、使用方便等。,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,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),1 接旁路電容(5 ),9、13 空腳(NC),集成功放 LM384 外部電路典型接法:,調(diào)節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁
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