模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程課件：第四章　功率放大電路

1、第四章功率放大電路,4.1功率放大電路的主要特點(diǎn),4.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路,4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路,4.4集成功率放大器,例1： 擴(kuò)音系統(tǒng),一、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,R1,a,R2,uo,Usc,+,R3,Rt,功 放,b,溫控室,A,+,-,uo1,加熱元件,Rt,T,uo,T,Ub,uo1,功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，要求：

2、輸出信號(hào)電壓大； 輸出信號(hào)電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。 電壓放大器一般工作在甲類(lèi)，三極管360導(dǎo)電，其輸出功率由功率三角形確定。甲類(lèi)放大的效率不高，理論上不超過(guò)25%。,二、對(duì)放大電路的主要要求：,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,輸出功率,直流電源提供功率,3. 盡量減小非線(xiàn)性失真。,注意：,2. 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值: ICM、UCEM、PCM。,1. 分析方法：圖解法 （微變等效電路法不再適用）,3. 功放的電路形式：互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式電路,不合適，因?yàn)樾侍?。,估算射極輸出器的效率

3、：,(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(xiàn)的中部）。,直流負(fù)載線(xiàn),交流負(fù)載線(xiàn),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. 電源輸出的功率,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(méi)有失真的工作方式稱(chēng)為甲類(lèi)放大。,如何解決效率低的問(wèn)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(chēng)射極輸出器。,特點(diǎn):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

4、彌補(bǔ)其它類(lèi)型功放電路的不足。,三、變壓器耦合式功放電路:,1.原理電路,三、變壓器耦合式功放電路:,優(yōu)點(diǎn)：ui為零時(shí)，兩個(gè)三極管均不導(dǎo)電，靜態(tài)功耗為零；輸入正弦電壓后，VT1和VT2輪流導(dǎo)電，三極管本身的平均功耗較小，效率較高；便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。,缺點(diǎn)：變壓器體積大，消耗有色金屬；在低頻和高頻部分產(chǎn)生相移，易產(chǎn)生自激振蕩；無(wú)法實(shí)現(xiàn)集成化。,無(wú)輸出變壓器、直接耦合的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大器。,互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的類(lèi)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: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)：電

5、路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。,類(lèi)型：,4.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路,三極管根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四個(gè)狀態(tài)： 甲類(lèi)-三極管360導(dǎo)電； 甲乙類(lèi)-三極管180360導(dǎo)電 乙類(lèi)-三極管180導(dǎo)電 丙類(lèi)-三極管180導(dǎo)電,一、 OTL 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,1、OTL 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,在輸入信號(hào)的正半周，VT1 導(dǎo)通，iC1 流過(guò)負(fù)載；,負(fù)半周，VT2導(dǎo)通，iC2 流過(guò)負(fù)載。,在信號(hào)的整個(gè)周期都有電流流過(guò)負(fù)載，負(fù)載上 iL 和 uO 基本上是正弦波。,存在的問(wèn)題：交越失真,交越失真,4.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路,動(dòng)態(tài)分析：,ui 0V,T1截止，T2導(dǎo)通,ui 0V,T1導(dǎo)通，

6、T2截止,iL= ic1 ;,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(chēng)為乙類(lèi)放大。,靜態(tài)分析：,ui = 0V T1、T2均不工作，不需要輸入隔直電容 uo = 0V,缺點(diǎn)：存在交越失真,交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特性存在非線(xiàn)性，ui uT時(shí)晶體管截止，在輪流導(dǎo)電交界處，有一段時(shí)間兩個(gè)三極管均不導(dǎo)電。,（1）靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零，靜態(tài)功耗為0 ；,乙類(lèi)放大的特點(diǎn)：,（2）每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；,（3）存在交越失真；,（4）只需一路直流電源，負(fù)半周時(shí)由電容兩端的電壓充當(dāng)電源。,乙類(lèi)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(guò)零前后，

7、輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。,OTL 乙類(lèi)互補(bǔ)電路圖解分析,Icm1 = Icm2 Icm， Ucem1 = Ucem2 = Ucem，,返回,2、OTL 甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,R、VD1、VD2 為兩管提供一小的靜態(tài)偏置電壓，使得在輸入信號(hào)等于零時(shí)，管子微導(dǎo)通，以克服交越失真。,靜態(tài)時(shí): T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別約為二極管D1、 D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；,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)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。,甲乙類(lèi)電路的Q點(diǎn)偏離橫軸又近橫軸，可近似認(rèn)為最大

8、輸出功率和效率與OTL乙類(lèi)放大電路相同。,甲乙類(lèi)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。,二 、 OCL 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,Ucem = VCC - UCES,圖解分析,增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。,一、復(fù)合管的接法及參數(shù)計(jì)算：,方式一：同型,4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路,方式二：不同型, 1 2,晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。,復(fù)合管不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：,復(fù)合管不論哪種接法，均應(yīng)滿(mǎn)足： 兩個(gè)三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，工作在放大區(qū)；,總之：,四種類(lèi)型的復(fù)合管,二、復(fù)合管組成的

9、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路,缺點(diǎn)大功率三極管VT3和 VT4，類(lèi)型不同，很難特性互補(bǔ),準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路,4.4 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(xiàn)，即可向負(fù)載提供一定的功率。,集成功放LM384：,生產(chǎn)廠(chǎng)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,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）,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