第六章功率放大电路PPT讲稿.ppt
第六章 功率放大电路第1页，共26页，编辑于2022年，星期三第六章第六章 功率放大电路功率放大电路6.1 6.1 功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题6.2 6.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 6.2.1 6.2.1 双电源互补对称电路双电源互补对称电路 6.2.2 6.2.2 复合互补对称电路复合互补对称电路 6.2.3 6.2.3 单电源互补对称电路单电源互补对称电路6.3 6.3 集成功率放大器简介集成功率放大器简介与电压放大电路与电压放大电路相比较相比较重点分析：结构、重点分析：结构、功率、效率功率、效率简单了解简单了解电路结构电路结构实际应用实际应用第2页，共26页，编辑于2022年，星期三 6.1 6.1 功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作多级放大电路输出级，实现从小信号到大用作多级放大电路输出级，实现从小信号到大信号的缓冲和转换，以信号的缓冲和转换，以驱动驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。晶体管作用：晶体管作用：能量转换能量转换,把电源提供的把电源提供的直流电能直流电能转化为由信号控制转化为由信号控制的输出的输出交变电能交变电能。例例1 1：扩音系统扩音系统功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取第3页，共26页，编辑于2022年，星期三6.1.1 6.1.1 功率放大电路特点功率放大电路特点1 1、输出功率要大、输出功率要大l 输出功率是指受信号控制的输出功率是指受信号控制的输出交变电压输出交变电压和和交变电流交变电流的乘积，的乘积，即负载所得到的功率。即负载所得到的功率。l 要求功放管要求功放管输出大电流和电压输出大电流和电压。l 功放管工作在接近极限状态，选择功放管要考虑极限参数：功放管工作在接近极限状态，选择功放管要考虑极限参数：ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce第4页，共26页，编辑于2022年，星期三2 2、效率要高、效率要高l 效率效率(Efficiency)是指负载得到的信号功率与电源供给的直流功率之是指负载得到的信号功率与电源供给的直流功率之比。为定量反映放大电路效率的高低，引入参数比。为定量反映放大电路效率的高低，引入参数，它的定义为：，它的定义为：P Po o:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。P PE E：电源提供的直流功率。：电源提供的直流功率。l 直流电源提供的能量：直流电源提供的能量：一部分转换为负载的有用功率，另一部分则一部分转换为负载的有用功率，另一部分则消耗在功放管上。消耗在功放管上。提高效率可以在相同输出功率的条件下，减小能量损耗，降提高效率可以在相同输出功率的条件下，减小能量损耗，降低成本。因此，要求转换效率高。低成本。因此，要求转换效率高。第5页，共26页，编辑于2022年，星期三3 3、尽量减少失真、尽量减少失真功率放大器要研究的主要问题是，在不超过晶体管的极限参数功率放大器要研究的主要问题是，在不超过晶体管的极限参数条件下，如何获得尽可能大的输出功率、尽可能小的失真和尽条件下，如何获得尽可能大的输出功率、尽可能小的失真和尽可能高的效率。可能高的效率。l原原因因：功功率率放放大大电电路路的的工工作作电电流流和和电电压压要要超超过过特特性性曲曲线线的的线线性性范范围围，甚至接近于晶体管的饱和区和截止区。甚至接近于晶体管的饱和区和截止区。l造成非线性失真较严重。造成非线性失真较严重。第6页，共26页，编辑于2022年，星期三6.1.2 6.1.2 功放管的工作状态功放管的工作状态功放的输出功率、转换效率和非线性失真等性能均与放大管的工作功放的输出功率、转换效率和非线性失真等性能均与放大管的工作状态有关。状态有关。iCuCEQiC甲甲类类：静静态态工工作作点点Q设设置置在在特特性性曲曲线线的的中中点点处处。在在信信号号的的全全周周期期中中，放放大大器器都处于导通状态。都处于导通状态。根据放大管静态工作点根据放大管静态工作点Q Q在特性曲线中的位置可分为三种工作在特性曲线中的位置可分为三种工作状态。状态。甲类、乙类、甲乙类甲类、乙类、甲乙类第7页，共26页，编辑于2022年，星期三乙乙类类：静静态态工工作作点点Q设设置置在在特特性性曲曲线线的的IC=0处处。放放大大器器只只在在信信号号的的半半周周期期处处于于导导通状态。通状态。iCuCEQiC甲甲乙乙类类：静静态态工工作作点点Q设设置置在在特特性性曲曲线线的的IC0而而IC0处处。放放大大器器在在信信号号的的半半个个周周期期以以上上处于导通状态。处于导通状态。iCuCEQiC第8页，共26页，编辑于2022年，星期三分析：分析：1 1、甲甲类类工工作作时时无无线线性性失失真真，但但是是在在无无输输入入信信号号时时Q Q电电流流较较大大，电电源源仍仍供给功率供给功率(I(ICQCQ0)0)，这些功率消耗在功放管上，因而效率较低。，这些功率消耗在功放管上，因而效率较低。2 2、如如果果采采用用乙乙类类工工作作状状态态,使使晶晶体体管管静静态态工工作作电电流流为为零零,这这样样,在在无无信信号号输输入入时时,晶晶体体管管就就不不消消耗耗功功率率,于于是是效效率率就就得得以以提提高高，而而且且输输出出功功率率大大。但但是是输输出出波波形形将将被被削削去去一一半半,产产生生严严重重非非线线性性失真。失真。解决方案：解决方案：我们选用两只特性完全相同的异型晶体管我们选用两只特性完全相同的异型晶体管,使它们都工作在使它们都工作在乙类状态。两只晶体管轮流工作。这样得到的功率放大电路，乙类状态。两只晶体管轮流工作。这样得到的功率放大电路，完全可以满足前面的要求：完全可以满足前面的要求：失真小，功率大，效率高。失真小，功率大，效率高。第9页，共26页，编辑于2022年，星期三 6.2 6.2 互补对称的功率放大器互补对称的功率放大器互补对称：电路中采用两支晶体管，互补对称：电路中采用两支晶体管，NPNNPN、PNP PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：互补对称功放的类型互补对称功放的类型 双电源互补对称电路双电源互补对称电路 （O OL L电路）电路）单电源互补对称电路单电源互补对称电路 （OTLOTL电路）电路）复合管复合管OCL(Output Capacitor Less)OTL(Output Transformer Less)第10页，共26页，编辑于2022年，星期三6.2.1 6.2.1 互补对称双电源功率放大器（互补对称双电源功率放大器（OCLOCL）一、电路的结构特点：一、电路的结构特点：1.1.由由NPNNPN型、型、PNPPNP型晶体管构成两个对型晶体管构成两个对称的射极输出器对接而成，晶体管称的射极输出器对接而成，晶体管的参数相同。的参数相同。2.2.双电源供电。双电源供电。3.3.输入输出端不加隔直电容。采用直输入输出端不加隔直电容。采用直接耦合方式。接耦合方式。ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL二、工作原理二、工作原理静态分析：静态分析：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo=0V第11页，共26页，编辑于2022年，星期三ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL动态分析：动态分析：（设（设u ui i为正弦波）为正弦波）ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL ic1;ic1ic2ui 0VT1截止，截止，T2导通导通iLic2T T1 1、T T2 2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为为乙类放大乙类放大。第12页，共26页，编辑于2022年，星期三OCLOCL放大的输入输出波形关系放大的输入输出波形关系:交越失真交越失真死区电压死区电压uiuououo tttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号u ui i在过零前后，输出在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。信号出现的失真便为交越失真。ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL第13页，共26页，编辑于2022年，星期三消除失真的方法：消除失真的方法：设置合适的静态工作点设置合适的静态工作点。就是避开死区电压，使。就是避开死区电压，使每一晶体管处于微导通状态，当输入信号一旦加入，晶体管立即进每一晶体管处于微导通状态，当输入信号一旦加入，晶体管立即进入线性放大区。从而消除了交越失真。使入线性放大区。从而消除了交越失真。使T T1 1和和T T2 2工作在甲乙类。工作在甲乙类。如何克服交越失真如何克服交越失真+USC-USCULuiiLRLT1T2第14页，共26页，编辑于2022年，星期三OCLOCL放大电路的特点：放大电路的特点：ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL1 1、结构特点（、结构特点（3 3个）个）2 2、工作特点、工作特点 （1 1）属于乙类放大工作状态）属于乙类放大工作状态 （2 2）存在交越失真）存在交越失真第15页，共26页，编辑于2022年，星期三二、输出功率及效率的计算二、输出功率及效率的计算iC(mA )UCE(V)Q(1)输出功率输出功率Po:最大输出功率最大输出功率Pom当不考虑饱和压降当不考虑饱和压降U Ucesces时时,管子是在大信号下工作管子是在大信号下工作,必须用图解法分析必须用图解法分析第16页，共26页，编辑于2022年，星期三两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:效率效率：在不考虑饱和压降在不考虑饱和压降U Ucesces的情的情况下况下,当当U Ucemcem=U=UCCCC 时时(2)(2)效率效率第17页，共26页，编辑于2022年，星期三功率功率PT：在不考虑饱和压降在不考虑饱和压降U Ucesces的情况的情况下下,当当U Ucemcem=0.636U=0.636UCCCC 时时(3)功率管的选择功率管的选择当输出功率最大时当输出功率最大时第18页，共26页，编辑于2022年，星期三一、特点一、特点6.2.3 6.2.3 互补对称单电源功率放大器（互补对称单电源功率放大器（OTLOTL）RLuiT1T2+UCCCUL-D1D2 静态时静态时:T T1 1、T T2 2两管发射结电位分别为二极两管发射结电位分别为二极管管D D1 1、D D2 2的正向导通压降，致使两管均处于的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；微弱导通状态；1.1.由由NPNNPN型、型、PNPPNP型晶体管构成两个对称的射极输出器对接型晶体管构成两个对称的射极输出器对接而成，晶体管的参数相同。而成，晶体管的参数相同。2.2.单电源供电。单电源供电。4.4.放大形式属于甲乙类放大。放大形式属于甲乙类放大。3.3.输出端采用阻容耦合方式。输出端采用阻容耦合方式。第19页，共26页，编辑于2022年，星期三6.2.2 6.2.2 复合管组成互补对称电路复合管组成互补对称电路l 存在的问题：存在的问题：大功率输出极的工作电流大，而一般大功率管的电流放大功率输出极的工作电流大，而一般大功率管的电流放大系数都较小。大系数都较小。l 解决办法解决办法:采用采用“复合管复合管”。设有两只晶体管，把前一只管的集电极或发射极接到下一只管的基设有两只晶体管，把前一只管的集电极或发射极接到下一只管的基极，这种连接所形成的晶体管组合称为复合管极，这种连接所形成的晶体管组合称为复合管.l 增加复合管的目的是：增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。l 复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic第20页，共26页，编辑于2022年，星期三复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：后晶体管的性能确定均如下：1 1 2 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic组组成成复复合合管管的的原原则则：必必须须保保证证每每只只管管各各电电极极的的电电流流都都能能顺顺着着各各个个管管处处于放大状态于放大状态时电流流动，否则是错误的。时电流流动，否则是错误的。第21页，共26页，编辑于2022年，星期三 6.3 6.3 集成功率放大器简介集成功率放大器简介 目前集成功放电路已大量涌现目前集成功放电路已大量涌现,其内部电路一般均为其内部电路一般均为OTLOTL或或OCLOCL电路电路,集成功放除了具有分立元件集成功放除了具有分立元件OTLOTL或或OCLOCL电路的优点电路的优点,还具有体积小、工还具有体积小、工作稳定可靠、使用方便等优点作稳定可靠、使用方便等优点,因而获得了广泛的应用。因而获得了广泛的应用。是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少电压范围宽、通频带宽、外接元件少,广泛用于收录音机、对讲广泛用于收录音机、对讲机、电视伴音等系统中。机、电视伴音等系统中。集成功放集成功放LM384：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTLOTL第22页，共26页，编辑于2022年，星期三集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1级：差动放大器级：差动放大器第第2级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器第第4级：互补对级：互补对称射极跟随器称射极跟随器第23页，共26页，编辑于2022年，星期三集成功放集成功放 LM384管脚说明管脚说明:)12345 6789101112131414-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地）8-输出端输出端 （经（经500 电容接负载）电容接负载）1-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）第24页，共26页，编辑于2022年，星期三集成功放集成功放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500-+0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容第25页，共26页，编辑于2022年，星期三1 1、互补输出级采用共集形式是为了使、互补输出级采用共集形式是为了使 。A.A.电压放大倍数大电压放大倍数大 B.B.不失真输出电压大不失真输出电压大 C.C.带负载能力强带负载能力强 2 2、为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用、为增大电压放大倍数，集成运放的中间级多采用 。A A共射放大电路共射放大电路 B.B.共集放大电路共集放大电路 C C共基放大电路共基放大电路3 3、在直接耦合的多级放大集成电路中，几乎以、在直接耦合的多级放大集成电路中，几乎以 电路作为输入级。电路作为输入级。A A共集电极放大电路共集电极放大电路 B B共发射极放大电路共发射极放大电路 C C共基极电路共基极电路 D D差动共集放大电路差动共集放大电路4 4、功率放大电路的转换效率是指、功率放大电路的转换效率是指 。乙类功率放大电路的最大转换效率是（。乙类功率放大电路的最大转换效率是（）。）。A A输出功率与晶体管所消耗的功率之比输出功率与晶体管所消耗的功率之比 B B最大输出功率与电源提供的平均功率之比最大输出功率与电源提供的平均功率之比 C C晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比 D.D.输出功率与电源提供的平均功率之比输出功率与电源提供的平均功率之比5 5、在、在OCLOCL乙类功放电路中，若最大输出功率为乙类功放电路中，若最大输出功率为1W1W，则电路中功放管的集电极最，则电路中功放管的集电极最大功耗约为大功耗约为 。A A1W B1W B0.5W C0.5W C0.2W0.2W6 6、关于、关于OTLOTL和和OCL,OCL,下列说法错误的是下列说法错误的是()()A A都有都有PNPPNP和和NPNNPN晶体管晶体管 B B两者的工作状态不同两者的工作状态不同 C C两者的耦合方式相同两者的耦合方式相同 D.D.两者的电源供电形式相同两者的电源供电形式相同第26页，共26页，编辑于2022年，星期三
