音频功率放大器设计.ppt

集成功率放大器集成功率放大器功率放大器设计功率放大器设计例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以用作放大电路的输出级，以驱驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。2.1概 述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取功率放大器的种类功率放大器的种类目前，功率放大器已经有了很多种形式。（一）按耦合方式分，有两大类，1、变压器耦合功放：（1）变压器耦合单管甲类功放 （2）变压器耦合乙类推挽功放2、无变压器耦合功放：（1）OTL功放 （2）OCL功放 （3）DC（直流）功放 （4）超甲类功放 （二）按工作状态分，有 1、甲类：在输入正弦波电压信号的整个周期中，管子都导通的一种工作状态。设正弦波周期为T，管子导通时间为t，则甲类工作时，tT。功率放大器的种类功率放大器的种类2、乙类：tT/2，管子只导通半个周期，另半个周期截止。3、甲乙类：T/2 tT，管子导通时间大于半个周期，截止时间小于半个周期。4、丙类：t0 时 T1 导通T2截至的等效电路。T1和T2分别组成射极输出器 VI0 时 T1 截至T2导通的等效电路2.2 互补对称电路互补对称电路2.2.12.2.1双电源互补对称电路（双电源互补对称电路（双电源互补对称电路（双电源互补对称电路（OCL)OCL)1.1.OCLOCL电路电路uiiC1iC2OOOOttttuo上页下页电路组成电路组成返回ioiC1iC2T1T2E+UCCui+-uo+-UCC静态功率如何 功率计算功率计算功率计算功率计算1.1.输出功率输出功率：Po=Uom Iom21Uom 2Iom 202.2.直流电源功率直流电源功率：PE=2 UCC iC1 dt21=Iomsin t d t0UCC=UCC2Iom3.3.效率：效率：=PEPo 2Iom UCC21 Uom Iom4UomUCCUom 最大可达到最大可达到 UCC，max=78.5%4上页下页返回4.功率管选择：功率管选择：PCMAX0.2POMui-VCCT1T2uo+VCCRLiLR1R2ic1ic2OCL乙类功率放大电路乙类功率放大电路OCL甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路利用二极管提供偏置电压 工作在乙类状态的放大电路，当输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交接处产生波形的非线性失真，称为交越失真交越失真。可给三极管稍稍加一点偏置，使两管均处微导通状态，使之工作在甲乙类 OCL甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路利用二极管提供偏置电压 利用三极管恒压源提供偏置 如图所示运算放大器电流扩展电路，可将输出电流扩展到安如图所示运算放大器电流扩展电路，可将输出电流扩展到安培级。若负载阻抗为培级。若负载阻抗为8,依图结构设计电路，要求放大器输依图结构设计电路，要求放大器输入电阻为入电阻为1K ，放大倍数为，放大倍数为100，输出电流，输出电流0.5A。运放与单元组合电路的分析集成运放驱动的OCL电路：实用的实用的OCL甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路实际功放实际功放:甲乙类准互补对称甲乙类准互补对称OCL电路电路+UCCET1T2RL+uOCui+电路组成与工作原理电路组成与工作原理电路组成与工作原理电路组成与工作原理iC1iC22.2.22.2.22.2.2单电源互补对称电路（单电源互补对称电路（单电源互补对称电路（单电源互补对称电路（单电源互补对称电路（单电源互补对称电路（OTLOTLOTL电路）电路）电路）电路）电路）电路）上页下页返回ui0t静态直流偏置u00tVCC/2RLviT1T2+VCCCAvL+-VCR1R2ic1ic2交越失真OTL乙类功率放大电路乙类功率放大电路单电源互补功率放大电路如图所示。当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC/2。为了使负载上仅获得交流信号，用一个电容器串联在负载与输出端之间。这种功率放大电路也称为OTL互补功率放大电路。OTL甲乙类功率放大电路甲乙类功率放大电路1、基本原理、基本原理.单电源供电；单电源供电；.输出加有大电容。输出加有大电容。（1）静态偏置）静态偏置甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路 调整调整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使此时电容上电压此时电容上电压（2）动态分析）动态分析（电容起到了负电（电容起到了负电源的作用）源的作用）Ui负半周时，负半周时，T1导通、导通、T2截止；截止；Ui正半周时，正半周时，T1截止、截止、T2导通。导通。动画演示动画演示（3）输出功率及效率）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：若忽略交越失真的影响。则：此电路存在的问题：此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。2.带自举电路的单电源功放带自举电路的单电源功放静态时静态时C1充电后，其两充电后，其两端有一固定电压端有一固定电压动态时动态时由于由于C1很大，两端电很大，两端电压基本不变，使压基本不变，使C1上上端电位随输出电压升端电位随输出电压升高而升高。保证输出高而升高。保证输出幅度达到幅度达到VCC/2。C1、R7为自举电路为自举电路OTL功率放大器电路uoui+UCCR3R4R1R2RLRE1RE3RE2T2T3T1EBC1CLCED2D1+实用电路实用电路实用电路实用电路上页下页返回总结：互补对称功放的类型总结：互补对称功放的类型 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 双电源电路双电源电路又称又称OCL电路电路 （无输出电容）（无输出电容）单电源电路单电源电路又称又称OTL电路电路 （无输出变压器）（无输出变压器）第一节第一节第三节第三节第二节第二节概述概述第四节第四节功率放大器设计功率放大器设计各类放大电路各类放大电路集成功率放大器集成功率放大器集成功率放大电路大多工作在音频范围，除具有可靠性高、使用方便、性能好、重量轻、造价低等集成电路的一般特点外，还具有功耗小、非线性失真小和温度稳定性好等优点。并且集成功率放大器内部的各种过流、过压、过热保护齐全，其中很多新型功率放大器具有通用模块化的特点，被称之为“傻瓜”型的集成功放，使用更加方便安全。集成功率放大器是模拟集成电路的一个重要组成部分，广泛应用于各种电子电气设备中。3 3 集成功率放大器集成功率放大器上页下页返回3 3 集成功率放大器集成功率放大器中中间间级级启动启动偏置偏置电路电路短路短路过热过热保护保护短路短路过热过热保护保护输输出出级级输输入入级级+_24351TDA2030集成音频功率放大器集成音频功率放大器1 2 3 4 5同相输入反相输入负电压正电压输出集成功放应用简介 1SHM1150型集成功率放大器 SHM1150型集成功率放大器是由双极型三极管和单极型VMOS管组成的功率放大器，图6-13（a）为SHM1150型集成功率放大器的内部简化原理图。其中输出级采用的是功率VMOSFET管，可以提供较大的功率输出。和双极型功率管相比，功率VMOS管具有很多优点，比如耐压可高达1000 V以上，最大连续电流可达200 A。并且由于VMOS管的输入电阻极高，需要的驱动电流非常小，因此可以达到很高的功率放大倍数。SHM1150型集成功率放大器（a）内部简化电路;（b）外部接线图 从图（a）可以看出，输入级由V1、V2组成带恒流源的差动输入级，为单入双出形式，第二级由PNP管V4、V5组成双入单出的差动电路。由于V4、V5的输入信号分别来自V1、V2的集电极信号uC1和uC2，是大小相等、方向相反的一对差模信号，所以V4、V5完成了将输入级的双端输出信号转换成单端输出信号的功能，并由V5集电极输出，提供给输出级。V5、V6及R9、R10构成了可调偏置电压电路，用来使功率输出管工作于甲乙类状态，消除交越失真。输出级为准互补对称功率输出级，V7和V9 组成复合NPN管，V8和V10组成复合PNP管。由于输出管是功率VMOS管，因此使本电路的输出功率大大增强。负反馈支路由R4和R2 组成，构成级间的电压串联负反馈，起到稳定整个电路的静态工作点和放大倍数的作用。电容C为相位补偿电容，以消除自激。恒流源I1为输入级提供稳定的静态工作点，并增强了电路抑制漂移的能力，I2 是V4、V5的有源负载。SHM1150接上电源即可作为双电源互补对称电路直接使用，如图（b）所示。该电路可在（1250）V电源电压下工作，最大输出功率达150 W，使用十分方便。集成OCL电路的应用 如图所示为TDA1521的基本用法。TDA1521为2通道OCL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。其内部引入了深度电压串联负反馈，闭环电压增益为30dB，并具有待、静噪功能以及短路和过热保护等。25W X 2 LM1875功放电路图功放电路图The EndThe End