《功率放大电路》PPT课件.ppt

模拟电子技术基础模拟电子技术基础安徽理工大学电气工程系安徽理工大学电气工程系主讲主讲 ：黄友锐：黄友锐第十七讲第十七讲17.1 概述概述17.2 乙类互补功率放大电路乙类互补功率放大电路 17.3 其它类型互补功率放大电路其它类型互补功率放大电路17.1 概述 功功率率放放大大电电路路是是一一种种以以输输出出较较大大功功率率为为目目的的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大输出信号电压大；输出信号电流大输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配放大电路的输出电阻与负载匹配。电电压压放放大大器器一一般般工工作作在在甲甲类类，三三极极管管360导导电电，其其输输出出功功率率由由功功率率三三角角形形确确定定。甲甲类类放放大大的的效效率不高，理论上不超过率不高，理论上不超过25%。功功率率放放大大电电路路必必须须考考虑虑效效率率问问题题。为为了了降降低低静静态态时时的的工工作作电电流流，三三极极管管从从甲甲类类工工作作状状态态改改为为乙乙类类或或甲甲乙乙类类工工作作状状态态。此此时时虽虽降降低低了了静静态态工工作作电电流流，但但又又产产生生了了失失真真问问题题。如如果果不不能能解解决决乙乙类类状状态态下下的的失失真真问问题题，乙乙类类工工作作状状态态在在功功率率放放大大电电路路中中就就 不不能能采采用用。推推挽挽电电路路和和互互补补对对称称电电路路较较好好地解决了乙类工作状态下的失真问题。地解决了乙类工作状态下的失真问题。17.2 乙类互补功率放大电路17.2.1 17.2.1 三极管的工作状态三极管的工作状态17.2.2 17.2.2 乙类互补功率放大电路乙类互补功率放大电路 的工作原理的工作原理 17.2.1 三极管的工作状态 三三极极管管根根据据导导通通时时间间可可分分为为如如下下四四个个状态，如图状态，如图17.01所示。所示。甲类甲类-三极管三极管360导电；导电；甲乙类甲乙类-三极管三极管180360导电导电 乙类乙类-三极管三极管180导电导电 丙类丙类-三极管三极管180导电导电 图17.01 三极管的四种工作状态乙类180导电丙类180导电甲乙类180360导电甲类360导电17.2.2 乙类互补功率放大乙类互补功率放大 电路的工作原理电路的工作原理（1）电路组成）电路组成 乙乙类类互互补补功功率率放放大大电电路路如如图图17.02所所示示。它它由由一一对对NPN、PNP特特性性相相同同的的互互补补三三极极管管组组成成。这这种电路也称为种电路也称为OCL互补功率放大电路。互补功率放大电路。图图17.02 乙类互补功率放大电路及波形乙类互补功率放大电路及波形（2）工作原理）工作原理 当当输输入入信信号号处处于于正正半半周周时时，且且幅幅度度远远大大于于三三极极管管的的开开启启电电压压，此此时时NPN型型三三极极管管导导电电，有有电电流流通通过过负负载载RL，按按图图中方向由上到下，与假设正方向相同。中方向由上到下，与假设正方向相同。当当输输入入信信号号为为负负半半周周时时，且且幅幅度度远远大大于于三三极极管管的的开开启启电电压压，此此时时PNP型型三三极极管管导导电电，有有电电流流通通过过负负 载载RL，按按图图中中方方向向由由下下到到上上，与与假假设设正正方方向向相相反反。于于是是两两个个三三极极管管一一个个正正半半周周，一一个个负负半半周周轮轮流流导导电电，在在负负载载上上将将正正半半周周和和负负半半周周合合成成在在一一起起，得得到到一一个个完完整整的的不不失失真真波波形。形。动画17-1 严严格格说说，输输入入信信号号很很小小时时，达达不不到到三三极极管管的的开开启启电电压压，三三极极管管不不导导电电。因因此此在在正正、负负半半周周交交替替过过零零处处会会出出现现一一些些非非线线性性失失真真，这这个个失失真称为真称为交越失真交越失真。如图。如图17.03所示。所示。图17.03 交越失真动画17-2动画17-3 为为解解决决交交越越失失真真，可可给给三三极极管管稍稍稍稍加加一一点点偏偏置置，使使之之工工作作在在甲甲乙乙类类。此此时时的的互互补补功功率率放放大大电电路如图路如图17.04所示。所示。(a)利用二极管提供偏置电压利用二极管提供偏置电压 (b)利用三极管恒压源提供偏置利用三极管恒压源提供偏置 图图17.04 甲乙类互补功率放大电路甲乙类互补功率放大电路 （3）参数计算1最大不失真输出功率最大不失真输出功率Pomax 设设互互补补功功率率放放大大电电路路为为乙乙类类工工作作状状态态，输输入入为为正正弦弦波波。忽忽略略三三极极管管的的饱饱和和压压降降，负载上的最大不失真功率为负载上的最大不失真功率为 直直流流电电源源提提供供的的功功率率为为半半个个正正弦弦波波的的平平均均功功率率，信信号号越越大大，电电流流越越大大，电电源源功功率率也也越越大大。直直流流电电源源功率功率PV 的表达式推导如下的表达式推导如下2 2电源功率电源功率PV 即即PV Vom。当当Vom趋趋近近VCC时时，显显然然PV 近近似与电源电压的平方成比例。似与电源电压的平方成比例。3 3三极管的管耗三极管的管耗P PT T 电电源源输输入入的的直直流流功功率率，有有一一部部分分通通过过三三极极管管转转换换为为输输出出功功率率，剩剩余余的的部部分分则则消消耗耗在在三三极极管上，形成三极管的管耗。显然管上，形成三极管的管耗。显然 将将PT画成曲线，画成曲线，如图如图17.05所示。所示。图17.05 乙类互补功放电路的管耗 显显然然，管管耗耗与与输输出出电电压压幅幅度度有有关关，图图17.05中中画画阴阴影影线线的的部部分分即即代代表表管管耗耗，PT与与Vom成成非非线线性性关关系系，有有一一个个最最大大值值。用用 PT对对 Vom求求 导导 的的 办办 法法 找找 出出 这这 个个 最最 大大 值值。PTmax发发 生生 在在 处，将处，将VomVCC代入代入PT表达式，可得表达式，可得PTmax为：为：对一只三极管对一只三极管图图17.05 乙类互补功放电路的管耗乙类互补功放电路的管耗4 4效率效率当当Vom=VCC 时效率最大，时效率最大，=/4=78.5=/4=78.5。(4)大功率三极管输出特性曲线的分区大功率三极管输出特性曲线的分区 在大功率三极管的输出特性中，除了与普通在大功率三极管的输出特性中，除了与普通三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从三极管一样分有放大区、饱和区、截止区外，从使用和安全角度还分有使用和安全角度还分有 过电流区过电流区 过电压区过电压区 过损耗区过损耗区它们的位置如它们的位置如图图17.0617.06所示。所示。图17.06 三极管的极限工作区 过电流区是由最大允许集电极电流过电流区是由最大允许集电极电流确定的，超过此值，确定的，超过此值，将明显下降。将明显下降。过电压区由过电压区由c、e间的击穿电压间的击穿电压V(BR)CEO所决定。所决定。过损耗区由集电极功耗过损耗区由集电极功耗PCm所决定。所决定。除了双电源的标准互补功率放大电路外，除了双电源的标准互补功率放大电路外，还有一些其它类型的互补功率放大电路。还有一些其它类型的互补功率放大电路。17.3.1 单电源互补功率放大电路单电源互补功率放大电路17.3.2 采用复合管的互补功率放大电路采用复合管的互补功率放大电路17.3.3 集成功率放大器集成功率放大器17.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路17.3.5 双通道功率放大电路双通道功率放大电路17.3.1 17.3.1 单电源互补功率放大电路单电源互补功率放大电路 当电路对称时，输出端的静态电位等于当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC/2。为了使负载上仅获得交流信为了使负载上仅获得交流信号，用一个电容器串联在负号，用一个电容器串联在负载与输出端之间。这种功率载与输出端之间。这种功率放大电路也称为放大电路也称为 OTL 互补互补功率放大电路。电容器的容功率放大电路。电容器的容量由放大电路的下限频率确量由放大电路的下限频率确定，即定，即：LL21fRC 图17.07单电源OTL互补功率放大电路单电源互补功率放大电路如图单电源互补功率放大电路如图17.07所示。所示。动画17-4 17.3.2 17.3.2 采用复合管的互补功率放大电路采用复合管的互补功率放大电路 当当输输出出功功率率较较大大时时，输输出出级级的的推推动动级级，即即末末前前级级也也应应该该是是一一个个功功率率放放大大级级。此此时时往往往往采采用用复合管，复合管有四种形式，见图复合管，复合管有四种形式，见图17.08。复复合合管管的的极极性性由由前前面面的的一一个个三三极极管管 决决 定定。由由 NPN-NPN或或PNP-PNP复复合而成的一般称为合而成的一般称为达林顿管。达林顿管。图图17.08 四种类型的复合管四种类型的复合管 17.3.3 集成功率放大器 集集成成功功率率放放大大器器广广泛泛用用于于音音响响、电电视视和和小小电电机机的的驱驱动动方方面面。集集成成功功放放是是在在集集成成运运算算放放大大器器的的电电压压互互补补输输出出级级后后，加加入入互互补补功功率率输输出出级级而而构构成成的的。大大多多数数集集成成功功率率放放大大器器实实际际上上也也就就是是一一个个具具有有直直接接耦耦合合特特点点的的运运算算放放大大器器。它它的的使使用用方方法法原原则上与集成运算放大器相同。则上与集成运算放大器相同。集集成成功功放放使使用用时时不不能能超超过过规规定定的的极极限限参参数数，极极限限参参数数主主要要有有功功耗耗和和最最大大允允许许电电源源电电压压。集集成成功功放放要要加加有有足足够够大大的的散散热热器器，保保证证在在额额定定功功耗耗下下温温度度不不超超过过允允许许值值。集集成成功功放放一一般般允允许许加加上上较较高高的的工工作作电电压压，但但许许多多集集成成功功放放可可以以在在低低电电压压下下工工作作，适适用用于于无无交交流流供供电电的的场场合合，此此时时集集成成功功放放电电源源电电流流较较大大，非线性失真也较大。非线性失真也较大。17.3.4 BTL互补功率放大电路互补功率放大电路 BTL互互补补功功率率放放大大电电路路方方框框图图如如图图17.09所所示示。它它是是由由两两路路功功率率放放大大电电路路和和反反相相比比例例电电路路组组合合而而成成，负负载载接接在在两两输输出出端端之之间间。两两路路功功率率放放大大电电路路的的输输入入信信号号是是反反相相的的，所所以以负负载载一一端端的的电电位位升升高高时时，另另一一端则降低，因此端则降低，因此 负载上获得的信负载上获得的信 号电压要增加一号电压要增加一 倍。倍。BTL放大电放大电 路输出功率较大，路输出功率较大，负载可以不接地。负载可以不接地。图图17.09 BTL互补功放电路方框图互补功放电路方框图 17.3.5 双通道功率放大电路双通道功率放大电路 双双通通道道功功率率放放大大电电路路是是用用于于立立体体声声音音响响设设备备的的功功率率放放大大电电路路，一一般般有有专专门门的的集集成成功功率率放放大大器器产产品品。它它有有一一个个左左声声道道功功放放和和一一个个右右声声道道功功放放，这这两两个个功功放放的的技技术术指指标标是是相相同同的的，需需要要在在专专门门的的立立体体声声音音源源下下才才能能显显现现出出立立体体声声效效果果。有有的的高高级级音音响响设设备备一一个个声声道道分分成成二二、三三个个频频段段放放大大，有有相相应的低频段、中频段和高频段放大器。应的低频段、中频段和高频段放大器。