功率放大电路 (2)PPT讲稿.ppt

功率放大电路(2)1第1页，共47页，编辑于2022年，星期五第四章第四章 功率放大电路功率放大电路4.1 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点4.2 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路4.3 采用复合管的互补对称式采用复合管的互补对称式放大电路放大电路4.4 集成功率放大器集成功率放大器第2页，共47页，编辑于2022年，星期五例例1：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：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以驱动执行，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。4.1 功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点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47页，编辑于2022年，星期五例例2：温度控制温度控制R1-R3：标准电阻：标准电阻Ua：基准电压：基准电压Rt：热敏电阻：热敏电阻A：电压放大器：电压放大器RtT uoT 温度调节温度调节过程过程Ubuo1R1aR2uoVCC+R3Rt 功功 放放b温控室温控室A+-uo1加加热热元元件件第4页，共47页，编辑于2022年，星期五对功率放大电路的要求：对功率放大电路的要求：(1)根据负载要求，提供足够的输出功率。根据负载要求，提供足够的输出功率。最大输出功率：最大输出功率：(2)具有较高的效率具有较高的效率PO:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。(3)尽量减小非线性失真。尽量减小非线性失真。功率放大电路的分析方法：功率放大电路的分析方法：图解法图解法第5页，共47页，编辑于2022年，星期五分析功放电路时应注意的问题分析功放电路时应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值：参数不能超过晶体管的极限值：ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMicuce(2)电流、电压信号电流、电压信号比较大，必须注意防比较大，必须注意防 止波形失真。止波形失真。(3)电源提供的能量尽可能电源提供的能量尽可能转换给负载，减少晶体管转换给负载，减少晶体管及线路上的损失。即注意及线路上的损失。即注意提高电路的效率（提高电路的效率（）。）。第6页，共47页，编辑于2022年，星期五不合适，因为效不合适，因为效率太低率太低。射极输出器输出电阻低，带负载射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论问题讨论:RbuoVCCuiRE估算射极输出器的效率估算射极输出器的效率：(设设RL=RE)Qicuce0VCCibuotuo第7页，共47页，编辑于2022年，星期五为使输出信号的幅值尽可能大（要保证不失真），静态工作为使输出信号的幅值尽可能大（要保证不失真），静态工作点（点（Q）靠近负载线的中部。）靠近负载线的中部。QicuCE0VCC直流负载直流负载线线交流负载交流负载线线uo的取的取值范围值范围静态工作点：静态工作点：UCEQ=0.5VCC若忽略晶体管的饱和压降若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号和截止区，输出信号uo的的最大峰值只能为：最大峰值只能为：第8页，共47页，编辑于2022年，星期五1.直流电源输出的功率直流电源输出的功率第9页，共47页，编辑于2022年，星期五2.最大负载功率最大负载功率3.最大效率最大效率(RL=RE 时时)放大电路的输出没有失真的工作方式称为放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大甲类放大。第10页，共47页，编辑于2022年，星期五如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：办法：降低降低Q点。点。缺点：缺点：但又会引起截止失真。但又会引起截止失真。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推挽输出电路，推挽输出电路，或或互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。第11页，共47页，编辑于2022年，星期五4.2 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL：Output TransformerLessOCL：Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两只晶体管，电路中采用两只晶体管，NPN、PNP各一只；两管特性一致。各一只；两管特性一致。类型：类型：第12页，共47页，编辑于2022年，星期五4.2.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理一、一、OTL互补对称电路互补对称电路1.OTL乙类互补对称电路乙类互补对称电路电路特点：电路特点：2.单电源供电；单电源供电；3.输入输出加有大电容。输入输出加有大电容。静态分析：静态分析：调整调整R1 和和R2，使静态时基极、发射，使静态时基极、发射极电位均为极电位均为0.5VCC，则电容，则电容C2两端两端电压也为电压也为0.5VCC。1.由由NPN型、型、PNP型三极管型三极管构成两个对称的射极输出器构成两个对称的射极输出器对接而成；对接而成；uiT1T2uo+VCCRLiLiC1iC2R1R2C1C2+B第13页，共47页，编辑于2022年，星期五动态分析：动态分析：加入正弦波输入信号加入正弦波输入信号 ui 后，基极电压后，基极电压UB=0.5VCC+uiT1导通、导通、T2截止；截止；T1截止、截止、T2导通。导通。时，时，若输出电容足够大，若输出电容足够大，C2 上电压上电压基本保持在基本保持在 0.5VCC，负载上得，负载上得到的交流信号正负半周对称，但到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。存在交越失真。uiT1T2uo+VCCRLiLR1R2C1C2+B时，时，uB0.5VCCtic1ic2交越失真交越失真第14页，共47页，编辑于2022年，星期五在导通时间内，每个管子的最大输出电压：在导通时间内，每个管子的最大输出电压：集电极电流集电极电流 iC 的最大值为：的最大值为：优点：优点：1.效率高；效率高；2.输出电阻小，带负载能力强。输出电阻小，带负载能力强。缺点：缺点：输出波形失真严重（输出波形失真严重（交越失真交越失真）措施：措施：采用采用甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路UomuottuI第15页，共47页，编辑于2022年，星期五2.OTL甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路调节调节R，使静态，使静态UAQ=0.5VCCD1、D2 使使B1 和和B2 之间的电之间的电势差等于势差等于2个二极管正向压个二极管正向压降，克服交越失真。降，克服交越失真。uiT1T2uo+VCCRLiLR1R2C1C2+B1D1D2B2AR静态时：静态时：ui=0，T1和和T2的发射结各的发射结各加了一个偏压（二极管的导通电压），加了一个偏压（二极管的导通电压），因此两管处于微微导通状态，但因此两管处于微微导通状态，但 iL=iC1-iC2=0动态时：动态时：设设ui 加入正弦信号。正半周时加入正弦信号。正半周时T2截止，截止，T1基极电位基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周时进一步提高，进入良好的导通状态；负半周时T1截止，截止，T2基基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。极电位进一步提高，进入良好的导通状态。第16页，共47页，编辑于2022年，星期五两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙甲乙类放大类放大”。甲乙类放大的波形关系：甲乙类放大的波形关系：uBEiBuB1tUTtiBIBQiCQuCEVCC/REIBQVCCiCtICQib特点：特点：存在较小的静态电存在较小的静态电流流 ICQ、IBQ。每管。每管导通时间大于半个导通时间大于半个周期，基本不失真。周期，基本不失真。第17页，共47页，编辑于2022年，星期五OTL互补对称电路的互补对称电路的缺点缺点：1.由于大电容的存在，在低频时容易产生频率失真；由于大电容的存在，在低频时容易产生频率失真；2.由于大电容的电感效应，高频时将产生相移；由于大电容的电感效应，高频时将产生相移；3.无法线性集成。无法线性集成。克服措施：采用克服措施：采用OCL互补对称电路互补对称电路OTL甲乙类互补对称电路的集电极最大电流仍为甲乙类互补对称电路的集电极最大电流仍为第18页，共47页，编辑于2022年，星期五二、二、OCL互补对称电路互补对称电路uiT1T2uo+VCCRLiLR1R2C1+B1D1D2B2AR-VCCiC1iC2ic1ic2动态分析：动态分析：设设ui 加入正弦信号。正半加入正弦信号。正半周时周时T2截止，截止，T1基极电位基极电位进一步提高，进入良好的进一步提高，进入良好的导通状态；导通状态；负半周时负半周时T1截止，截止，T2基极电位基极电位进一步提高，进入良好的导进一步提高，进入良好的导通状态。通状态。采用双电源供电，采用双电源供电，静态静态时时两管发射极及两管发射极及A点电位点电位均为均为 0。OCL互补对称电路的集电极互补对称电路的集电极最大电流为：最大电流为：第19页，共47页，编辑于2022年，星期五4.2.2 互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算一、一、OCL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算iC1uCE1-uCE2iC200QUCESUcem1Ucem2VCCIcm1Icm2AB第20页，共47页，编辑于2022年，星期五1.1.最大输出功率最大输出功率假设三极管的特性曲线对称，对假设三极管的特性曲线对称，对OCL乙类和甲乙乙类和甲乙类互补对称电路，均有：类互补对称电路，均有：当当 UCES VCC时，时，第21页，共47页，编辑于2022年，星期五电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算：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:tiC10两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：2.2.效率效率第22页，共47页，编辑于2022年，星期五最大效率为：最大效率为：第23页，共47页，编辑于2022年，星期五(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM3.3.三极管的极限参数三极管的极限参数(2)集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO或或当当T2导通时，导通时，T1截止，此时截止，此时T1的集电极承受反向的集电极承受反向电压，当电压，当T2饱和时，饱和时，T1的集电极反向电压最大，此时：的集电极反向电压最大，此时：第24页，共47页，编辑于2022年，星期五(3)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM当当 ui=0 时，三极管基本不导通，时，三极管基本不导通，Po0，PT 0 PT：三极管的耗散功率：三极管的耗散功率当当 ui=Uim 时，时，uo=Uom=VCC-UCESVCC,Po=Pom,PT 未达到最大。未达到最大。当当Uom0.6VCC 时，时，PT 达到最大，即达到最大，即PT=PTm而而第25页，共47页，编辑于2022年，星期五二、二、OTL互补对称电路主要参数的估算互补对称电路主要参数的估算iC1uCE1-uCE2iC200QUCESUcem1Ucem20.5VCCIcm1Icm2AB第26页，共47页，编辑于2022年，星期五1.1.最大输出功率最大输出功率假设三极管的特性曲线对称，对假设三极管的特性曲线对称，对OTL乙类和甲乙乙类和甲乙类互补对称电路，均有：类互补对称电路，均有：当当 UCES 0.5VCC时，时，第27页，共47页，编辑于2022年，星期五电源提供的直流功率：电源提供的直流功率：tiC10因此，当忽略饱和压降时：因此，当忽略饱和压降时：2.2.效率效率第28页，共47页，编辑于2022年，星期五(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM3.3.三极管的极限参数三极管的极限参数(2)集电极最大允许反向电压集电极最大允许反向电压U(BR)CEO当当T2导通时，导通时，T1截止，此时截止，此时T1的集电极承受反向的集电极承受反向电压，当电压，当T2饱和时，饱和时，T1的集电极反向电压最大，此时：的集电极反向电压最大，此时：第29页，共47页，编辑于2022年，星期五(3)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM同样的分析可知，当忽略同样的分析可知，当忽略UCES时，每个三极管的最时，每个三极管的最大管耗也为大管耗也为0.2Pom，即为，即为PTm0.2Pom，故，故第30页，共47页，编辑于2022年，星期五4.3 采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的目的是：采用复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。4.3.1 复合管的接法及其和复合管的接法及其和一、复合管的接法一、复合管的接法复合原则：复合原则：保证前级三极管的输出电流与后级三极管的保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。输入电流的实际方向一致。外加电压的极性应保证前后两个三极管的发射结均为外加电压的极性应保证前后两个三极管的发射结均为正向偏置，集电结均为反向偏置。正向偏置，集电结均为反向偏置。第31页，共47页，编辑于2022年，星期五ebcT1T2iBiEebcT1T2iBiCcbeT1T2iBiCcbeT1T2iBiC第32页，共47页，编辑于2022年，星期五 iCiBiE 1 2cbeiB1iE1=iB2iC2iC1(1)复合管的复合管的 二、复合管的和二、复合管的和1.1.由相同类型的三极管组成的复合管由相同类型的三极管组成的复合管第33页，共47页，编辑于2022年，星期五(2)复合管的复合管的 rbe iCiBiE 1 2cbeiB1iE1=iB2iC2iC1uBE第34页，共47页，编辑于2022年，星期五2.2.由不同类型的三极管组成的复合管由不同类型的三极管组成的复合管ebcT1T2iBiEebcT1T2iBiC3.几点结论几点结论(1)由两个相同类型的三极管组成的复合管，其类型由两个相同类型的三极管组成的复合管，其类型 与原来相同，复合管的与原来相同，复合管的(2)由两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型由两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型 与前级三极管相同，复合管的与前级三极管相同，复合管的第35页，共47页，编辑于2022年，星期五4.3.2 复合管组成的互补对称放大电路复合管组成的互补对称放大电路uiT1T2uo+VCCRLiLRb1Rb2C1+D1D2Rb-VCCT3T4由复合管组成的互补对称放大电路由复合管组成的互补对称放大电路缺点缺点：NPN 和和PNP 型三极管难以做到特性互补对称型三极管难以做到特性互补对称第36页，共47页，编辑于2022年，星期五uiT1T2uo+VCCRLRb1Rb2C1+D1D2R-VCCT3T4由复合管组成的准互补对称放大电路由复合管组成的准互补对称放大电路Re1Rc2第37页，共47页，编辑于2022年，星期五这里介绍一个实用的这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中准互补功放电路。其中主要环节有主要环节有：(1)恒流源式差动放大输入级（恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；）；(2)偏置电路（偏置电路（R1、D1、D2）；）；(3)恒流源负载（恒流源负载（T5）；）；(4)OCL准互补功放输出级（准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；）；(5)负反馈电路负反馈电路(Rf、C1、Rb2 构成交流电压串联负反馈构成交流电压串联负反馈)；(6)共射放大级（共射放大级（T4）；）；(7)校正环节（校正环节（C5、R4）；）；(8)UBE倍增电路（倍增电路（T6、R2、R3）；）；(9)调整输出级工作点元件（调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。4.3.3 实际的功率放大电路实际的功率放大电路第38页，共47页，编辑于2022年，星期五+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈级偏置电路偏置电路共射放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源负载负载准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载实用的实用的OCL准互补功放电路：准互补功放电路：第39页，共47页，编辑于2022年，星期五输出功率的估算：输出功率的估算：输出电压的最大值约为输出电压的最大值约为 19.7V，设负载，设负载 RL=8 则最大输出功率为：则最大输出功率为：实际输出功率约为实际输出功率约为 20W。注：注：该实用功放电路的详细分析计算请参考该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟模拟电子技术基础电子技术基础（童诗白主编）。（童诗白主编）。第40页，共47页，编辑于2022年，星期五实用的实用的OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R，使静态，使静态UAQ=0.5VCCD1、D2 使使b1 和和b2 之间的电之间的电位差等于位差等于2个二极管正向压降，个二极管正向压降，克服交越失真。克服交越失真。Re1、Re2：电阻值：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流射极负反馈电阻，也起限流保护作用。保护作用。D1D2RLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A+VCCui第41页，共47页，编辑于2022年，星期五4.4 集成功率放大器集成功率放大器特点：特点：温度稳定性好、电源利用率高、功耗较低、非线温度稳定性好、电源利用率高、功耗较低、非线性失真较小、工作可靠、使用方便等。性失真较小、工作可靠、使用方便等。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：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V 第42页，共47页，编辑于2022年，星期五集成功放集成功放 LM384管脚说明管脚说明:14 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）)12345 678910111213141 接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13 空脚（空脚（NC）第43页，共47页，编辑于2022年，星期五集成功放集成功放 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，去除高频噪声低通滤波，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44页，共47页，编辑于2022年，星期五-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第第4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器第45页，共47页，编辑于2022年，星期五本本 章章 要要 求求(1)掌握掌握OTL和和OCL互补对称电路的工作原理，最大互补对称电路的工作原理，最大输出功率和效率的计算；输出功率和效率的计算；(2)熟悉功率放大电路非线性失真的概念；熟悉功率放大电路非线性失真的概念；(3)了解对功率放大电路的一般要求；了解对功率放大电路的一般要求；(4)了解集成功率放大电路的特点。了解集成功率放大电路的特点。第46页，共47页，编辑于2022年，星期五 第四章第四章 结束结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础第47页，共47页，编辑于2022年，星期五