第09章功率放大电路精选文档.ppt

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1、第09章功率放大电路本讲稿第一页，共四十页第九章第九章 功率放大电路功率放大电路(3(3学时学时)9.1 概述概述9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路9.3 功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行9.4 集成功率放大电路集成功率放大电路本讲稿第二页，共四十页例例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。9.1 概述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本讲稿第三页，共四十页例例2

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RtTUOT 温度调节温度调节过程过程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功功 放放b温控室温控室A+-uo1加加热热元元件件本讲稿第四页，共四十页分析功放电路应注意的问题分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须功放电路中电流、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注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce本讲稿第五页，共四十页(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波电流、

3、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。形失真。(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的电源提供的直流功率直流功率。本讲稿第六页，共四十页答：答：不合适，因为效率太低不合适，因为效率太低。uotuo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:ibQIcuceUCC/REUCCRbuoUCCuiRE

4、本讲稿第七页，共四十页射极输出器效率低的原因射极输出器效率低的原因：一般射随静态工作点（一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真中部），信号波形正负半周均不失真*。电路中存在的静。电路中存在的静态电流（态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：晶体管的饱和压降，则有：UCEQ=0.5UCC ；ICQ=0.5UCC/RE。*这种工作方式称为甲类放大。这种工作方式称为甲类放

5、大。本讲稿第八页，共四十页（1）甲类方式：晶体管在信号的）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于整个周期内均处于 导通状态导通状态（2）乙类方式：晶体管仅在信号的）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于半个周期处于导通状态导通状态（3）甲乙类方式：晶体管在信号的）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期多半个周期处于导通状态处于导通状态晶体管的工作方式及分类：晶体管的工作方式及分类：本讲稿第九页，共四十页9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路 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:O

6、utput TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：本讲稿第十页，共四十页9.2.1 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路一、工作原理（设一、工作原理（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V T1、T2均不工作均不工作 uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-UCCT1T2uo+UCCRLiLiL

7、=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。式，称为乙类放大。本讲稿第十一页，共四十页iBuBEuitib乙类放大的波形关系乙类放大的波形关系:iBtiCtQiCuceUCC/REUCCUTui-UCCT1T2uo+UCCRLiL本讲稿第十二页，共四十页ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间小于半个周期每管导通时间小于半个周期；(3)存在失真。存在失真。乙类放大的特点：乙类放大的特点：本讲稿第十三页，共四十页二、最大输出功率及效率的计算二、最大输出功

8、率及效率的计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到导通时均能饱和，此时输出达到最大值。最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：iL-UCCRLuiT1T2UL+UCC若忽略晶体管的饱和压若忽略晶体管的饱和压降，降，则负载（则负载（RL)上的电压和上的电压和电流分别为：电流分别为：本讲稿第十四页，共四十页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:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：UCC1=UCC2=U

9、CC tic1本讲稿第十五页，共四十页效率为：效率为：本讲稿第十六页，共四十页三、电路的改进三、电路的改进1.克服交越失真克服交越失真 tuo交越失真交越失真ui t交越失真：交越失真：当输入信号当输入信号 ui 为正弦为正弦波时，输出信号在过零前后出现波时，输出信号在过零前后出现的失真便为交越失真。的失真便为交越失真。交越失真产生的原因：交越失真产生的原因：在于晶体管特在于晶体管特性存在非线性，性存在非线性，ui IB，则，则本讲稿第二十页，共四十页3.电路中增加复合管电路中增加复合管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。复合管的构成方式：复合管的构

10、成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：本讲稿第二十一页，共四十页becibic 1 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。方式二：方式二：cbeT1T2ibic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：本讲稿第二十二页，共四十页改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路：T1：电压推动级电压推动级 T1、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级

11、中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶型晶体管，两者特性容易对称。体管，两者特性容易对称。+UCC-UCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6本讲稿第二十三页，共四十页实用电路实用电路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。其中主准互补功放电路。其中主要环节有要环节有：(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

12、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）。）。本讲稿第二十四页，共四十页+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

13、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：本讲稿第二十五页，共四十页输出功率的估算：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模该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童诗白主编）。拟电子技术基础（童诗白主编）。本讲稿第二十六页，共四十页9.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路一、特点一、特点1.单电源供电；单电源供电；2.输出加有大

14、电容。输出加有大电容。二、静态分析二、静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC本讲稿第二十七页，共四十页三、动态分析三、动态分析设输入端在设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，其上电压若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源）相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止

15、；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。本讲稿第二十八页，共四十页四、输出功率及效率四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：uLULmaxuitt本讲稿第二十九页，共四十页实际的实际的OTL准互补输出功放电路准互补输出功放电路(3)Re1、Re2 起什么作用。起什么作用。(1)Rb1、R、D1、D2、Rb2 各器各器件的作用是什么？件的作用是什么？(2)T1和和T3、T2和和T4构成什么构成什么工作方式？工作方式？思考思考ui+USCRLT1T2Rb1D1D2Rb2RRe1Re2T3T4C本讲稿第三十页，共四十页 9.3 功率

16、放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行本讲稿第三十一页，共四十页 9.4 集成功率放大电路集成功率放大电路特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。即可向负载提供一定的功率。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 本讲稿第三十二页，共四十页集成功放集成功放 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

17、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）本讲稿第三十三页，共四十页集成功放集成功放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500-+0.1 2.7 8146215 Vccui8 本讲稿第三十四页，共四十页利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。配，以弥补其它类型功

18、放电路的不足。变压器耦合式功放电路变压器耦合式功放电路 附录附录一、特点：一、特点：例：例：OCL电路中电路中，若若 RL=80、需要输出功率需要输出功率 PO=50W。根据公式根据公式 得电源电压：得电源电压：90V的电压的电压对电子电路显然不合适。对电子电路显然不合适。利用变压器阻抗变换关系利用变压器阻抗变换关系(RL=K2 RL)，便可解决以上，便可解决以上问题。问题。本讲稿第三十五页，共四十页二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器1.1.原理电路原理电路ic1ib1ui0ui 0 时：时：T1导通、导通、T2 截止，截止，ic1 经变压器耦合给负载，经变压

19、器耦合给负载，iL的方向由的方向由 ic1决定。决定。ui 0 时：与上相反。时：与上相反。若若ui 为正弦信号，则为正弦信号，则 iL近似为正弦波。近似为正弦波。本讲稿第三十七页，共四十页3.输出功率及效率输出功率及效率分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1本讲稿第三十八页，共四十页三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器Rb1、Rb2、Re 的作用：的作用：克服交越失真。克服交越失真。USCT1T2RLi iLuiReRb2Rb1本讲稿第三十九页，共四十页第九章 结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础本讲稿第四十页，共四十页