第29讲、功率放大电路.ppt

《第29讲、功率放大电路.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第29讲、功率放大电路.ppt（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第二十九讲第二十九讲 功率放大电路功率放大电路一、概述二、互补输出级的分析计算什么是功率放大器？能够向负载提供足够信号功率能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。的放大电路称为功率放大电路，简称功放。9.1 9.1 9.1 9.1 功率放大电路概述功率放大电路概述功率放大电路概述功率放大电路概述9.1.1 9.1.1 对功率放大电路的一般要求对功率放大电路的一般要求例：扩音系统实际负载实际负载功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取2功率放大电路的分析方法功率放大电路的分析方法 由由于于功功率率放放大大电电路路工工作作在在大大信信号号状状态态，功功放放管管的的非

2、非线线性性将将十十分分明明显显，因因此此微微变变等等效效模模型型已已经经不不再再适适用用，通通常常采采用用图图解解分分析析方法。方法。3主要技术指标主要技术指标1）最大输出电压幅度最大输出电压幅度Uomax和最大输出电流和最大输出电流幅度幅度Iomax：最最大大输输出出幅幅度度表表示示在在输输出出信信号号不不超超过过规规定定非非线线性性失失真真指指标标情情况况下下，功功率率放放大大电电路路能能输输出出的的最最大大输出电压和电流，输出电压和电流，用用Uomax和和Iomax来表示。来表示。2）输出功率输出功率Po和最大不失真输出功率和最大不失真输出功率Pom 输输出出电电压压有有效效值值与与输输

3、出出电电流流有有效效值值的的乘乘积积定定义义为输出功率为输出功率Po。当输入信号为正弦波时，当输入信号为正弦波时，有有其中其中Uom和和Iom分别为输出电压和电流的峰值。分别为输出电压和电流的峰值。最大不失真输出功率指在正弦输入信号时，最大不失真输出功率指在正弦输入信号时，功功率放大电路在满足输出电压、率放大电路在满足输出电压、电流波形基本不失电流波形基本不失真的情况下，真的情况下，放大电路最大输出电压放大电路最大输出电压Uomax和最大和最大输出电流输出电流Iomax有效值的乘积。有效值的乘积。3）管耗Pcm 损耗在功率放大管上的功率叫做功放管的损耗，简称管耗，用Pcm表示。4）效率 在功率

4、放大电路中，其他元器件的发热损耗较小，所以认为直流电源提供的功率将转换成输出功率、功放管损耗两部分。放大电路的效率定义为放大电路输出给负载的交流功率Po与直流电源提供的功率PV之比，即4功放管的保护及散热问题功放管的保护及散热问题 功功率率放放大大电电路路工工作作在在大大信信号号下下，管管子子的的工工作作电电流流和和电电压压均均为为大大信信号号，所所以以，必必须须要要考考虑虑功功率率放放大大管管的的保保护护问问题题，防防止管子击穿或损坏。止管子击穿或损坏。5、功率放大电路的种类功率放大电路的种类1）、按晶体管导通时间分类）、按晶体管导通时间分类（甲类状态，导通角甲类状态，导通角=360，甲类放

5、大器常用于电压放大。，甲类放大器常用于电压放大。乙类状态，导通角乙类状态，导通角=180，功率放大器。，功率放大器。甲乙类状态，甲乙类状态，180360，功率放大器。，功率放大器。丙类状态，丙类状态，180，用于发射机中的谐振功率放大器。，用于发射机中的谐振功率放大器。甲类甲类(=2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(=)tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(2 )丙类丙类(0(0 )2）按放大信号频率分类）按放大信号频率分类分为低频功率放大电路和高频功率放大电路分为低频功率放大电路和高频功率放大电路 3）按构成放大电路的器件分类）按构成放大电路的器件分

6、类分立元件功率放大电路和集成功率放大电路 4）按电路形式分类）按电路形式分类 分为变压器耦合的功率放大电路和无输出变压器的功率放大电路，后者又有OTL、OCL、BTL三种形式。（1 1）变压器耦合功率放大电路）变压器耦合功率放大电路 单管甲类电路单管甲类电路电源提供的功率不变，效率增大。电源提供的功率不变，效率增大。输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，输出功率如何变化？输出功率增大。输出功率增大。输入信号增大，管子的平均电流如何变化？输入信号增大，管子的平均电流如何变化？不变不变 输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？

7、6.功率放大电路的分析功率放大电路的分析1、单管甲类功率放大器、单管甲类功率放大器+VCCRLC1+RBuce=uo设设“Q”设置在交流负载线中点设置在交流负载线中点VCCICuCE iCO tiCO QIcmUcem管耗管耗甲类功放的最大缺点是效率低下。原因主要是甲类甲类功放的最大缺点是效率低下。原因主要是甲类放大器在无信号时也必须供给很大的工作点电流。放大器在无信号时也必须供给很大的工作点电流。乙类推挽电路乙类推挽电路 信号的正半周信号的正半周T1导通、导通、T2截止；负半周截止；负半周T2导通、导通、T1截止。截止。两只管子交替工作，称为两只管子交替工作，称为“推挽推挽”。设。设 为常量

8、，则负载为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。（2）OTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周：C 的的“”T2地地RL C“”C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。电路低频特性差。因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路电路。3、管耗的计算、管耗的计算计算最大损耗计算最大损耗两个的最大损耗两个的最大损

9、耗（3）OCL电路电路输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，静态时，UEQ UBQ0。3、管耗的计算、管耗的计算计算最大损耗计算最大损耗两个的最大损耗两个的最大损耗（4）BTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地是双端输入、双端输是双端输入、双端输出形式，输入信号、负出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。载电阻均无接地点。

10、管子多，损耗大，使管子多，损耗大，使效率低。效率低。7、几种、几种电路的比较电路的比较 变压器耦合乙类推挽：变压器耦合乙类推挽：变压器耦合乙类推挽：变压器耦合乙类推挽：单电源供电，单电源供电，笨重，效率笨重，效率低，低频特性差。低，低频特性差。OTLOTL电路：电路：电路：电路：单电源供电，单电源供电，低频特性差。低频特性差。OCLOCL电路：电路：电路：电路：双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。BTLBTL电路：电路：电路：电路：单电源供电，单电源供电，低频特性好；双端输入低频特性好；双端输入双端输出。双端输出。8、乙类OCL功放输入输出波形图uiuououo交越

11、失真交越失真死区电压死区电压 tuo交越失真交越失真ui t乙类乙类OCL功放功放的缺点：的缺点：存在交越失真存在交越失真静态时:T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态9、甲乙类OCL功放工作原理1010、功率放大管的选择功率放大管的选择1最大管最大管压压降降V1管子要承受的最大管管子要承受的最大管压压降降|U UCEmaxCEmax|=|=2VCC。3最大功耗最大功耗损损耗耗即功放管集即功放管集电电极最大功耗极最大功耗PCM为为理想理想OCL最大最大输输出功率的五分之一。出功率的五分之一。2集电极最大电流集电极最大电流6.说明哪

12、些元件构成过流保护电路及其原理。说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。讨论一讨论一1.指出图中指出图中2.放大电路部分；放大电路部分；2.说明电路中是否引入说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，是交流反馈，若若为交流负反为交流负反馈则说明其反馈组态；馈则说明其反馈组态；3.最大输出功率和效率的表达式；最大输出功率和效率的表达式；4.说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；5.说明说明D1D3和和RW的作用，的作用，C1C4的作用；的作用；讨论二：讨论二：图示各电路属于哪种功放？图示各电路属于哪种功放？O

13、TLBTL讨论三讨论三：出现下列故障时，将产生什么现象出现下列故障时，将产生什么现象?1.R2短路；短路；2.T1、T2、可能烧坏、可能烧坏2.R2断路；断路；T3、T4可能烧坏。可能烧坏。3.D1短路；短路；T2、T5的极限参数：的极限参数：PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。4.D1断路；断路；T3、T4可能烧坏可能烧坏5.T1集电极开路。集电极开路。只输出负半周信号。只输出负半周信号。产生交越失真。产生交越失真。清华大学 华成英 组成：组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路前置级、中间级、输出级、偏置电路特点：特点：输出功率大、效率高输出功率大、效率高有过流、过压、

14、过热保护有过流、过压、过热保护11、集成功率放集成功率放大器及其应用大器及其应用1）LM386 集成功放及其应用集成功放及其应用（1）.典型应用参数：典型应用参数：直流电源：直流电源：4 12 V额定功率：额定功率：660 mW带带 宽：宽：300 kHz输入阻抗：输入阻抗：50 k LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F220 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6输出电容输出电容(OTL)频频率率补补偿偿，抵抵消消电电 感感高高频频的的不不良良影影响响防止自激等防止自激等调节电压调节电压放大倍数放大倍数2）、）、DG810 集成功放及

15、其应用集成功放及其应用 标准音频功率放大标准音频功率放大功率大、噪声小、频带宽、功率大、噪声小、频带宽、工作电源范围宽、有保护电路工作电源范围宽、有保护电路输出电容输出电容输入输入偏置偏置交流负反馈交流负反馈频率补偿，防自激等频率补偿，防自激等自举电容自举电容频率补偿频率补偿防自激等防自激等VCC=15 V 时时输出功率输出功率 6 W+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C1C8C7C4C5C65 F100 k.01 F100 F1000 pF0.1 F4 56 4 700 pF10100 F100 F100 R3R21000 F100 FC101 电源滤波电源滤波3）、）、

16、TD2040 集成功放及其应用集成功放及其应用 特点：特点：输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护参数：参数：直流电源：直流电源：2.5 20 V开环增益：开环增益：80 dB功率带宽：功率带宽：100 kHz输入阻抗：输入阻抗：50 k 输出功率：输出功率：22 W(RL=4 )双电源双电源(OTL)应用应用电源滤波电源滤波频率补偿频率补偿防自激等防自激等输出功率可输出功率可大于大于 15 W交流电交流电压串联压串联负反馈负反馈R1C2220 k 680 22 FR3R2ui12435C1C7C3C4C5C61 F22 k 220 F220 F0

17、.1 F4 5+VCC(16 V)20400.01 F0.1 F-VEE(-16 V)R4大电容滤除低频成分大电容滤除低频成分小电容滤除高频成分小电容滤除高频成分4）、单电源）、单电源(OTL)应用：应用：交流电压串联交流电压串联负反馈负反馈使使 U1=0.5VCCC2680 22 FR4ui435C1C6C3C4C5C71 F22 k 2.2 F220 F0.1 F4 5 +VCC(16 V)0.01 FR6R522 k 22 k 22 k R2R321R1204035430 dB12、D类功率放大器类功率放大器1.D类功率放大器，将音频信号转换成脉宽变化的脉冲波类功率放大器，将音频信号转换

18、成脉宽变化的脉冲波的形式输出，再由脉冲放大器放大输出，然后通过低通滤波的形式输出，再由脉冲放大器放大输出，然后通过低通滤波电路还原成音频信号。效率可以做得很高。电路还原成音频信号。效率可以做得很高。2.D类功率放大器由调制器、开关输出电路、低通滤波器类功率放大器由调制器、开关输出电路、低通滤波器组成。组成。图图 D类功率放大器的典型结构类功率放大器的典型结构图图 调制器工作原理调制器工作原理桥式开关输出和低通滤波器小 结1.功率放大器用于推动一个需要较大功率的负载。衡量功率放大器的性能主要从最大输出功率、效率、非线形失真、安全、频率响应、信噪比等方面来衡量。2.单管甲类功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管均工作在乙类状态，它们各有优缺点。OTL采用单电源供电，但有输出电容；OCL采用双电源供电，无输出电容；BTL可以采用单电源也可以采用双电源供电，同样的供电电压下，可以有更大的输出幅值。而D类功率放大器输出管工作于开关状态，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器选用时主要考虑输出功率、供电电压等指标就可选择合适的集成功率放大器。