南昌航空大学低频课件第九章-功率放大电路.ppt

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1、第九章第九章 功率放大电路功率放大电路南昌航空大学南昌航空大学9.1 9.1 功率放大电路功率放大电路概述概述9.3 9.3 功率放大电路功率放大电路的安全运行的安全运行9.2 9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路9.4 9.4 集成功率放大集成功率放大电路电路能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为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功率放大电路，简称简称功放功放。功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。情况下，输出尽可能大的

2、功率。功放功放电路的要求：电路的要求：Pomax 大大 =Pomax/PV 要高要高失真要小失真要小9.1 9.1 功率放大电路功率放大电路概述概述1.功率放大电路研究的问题功率放大电路研究的问题 （1）性能指标：输出功率和效率。性能指标：输出功率和效率。若已知若已知Uom，则可得则可得Pom。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。（2）分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。分析方法：因大信号作用，故应采用图解法。（3）晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近在

3、功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近最大集电极电流，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电反向击穿电压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工压，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率。称为工作在极限状态。作在极限状态。2.对功率放大电路的要求对功率放大电路的要求（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态（2）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态（3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态）甲乙类方式：晶体管在信号的多半

4、个周期处于导通状态（1）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。大，即输出功率尽可能大。（2）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为静态时功放管的集电极电流近似为0。3 3、晶体管的工作方式、晶体管的工作方式（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 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？输入信号

5、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？4.功率放大电路的种类功率放大电路的种类适合做功放吗？适合做功放吗？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，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

6、：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）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。（4）BTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周

7、：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。管子多，损耗大，使管子多，损耗大，使效率低。效率低。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

8、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。9.2 9.2 互补功率放大电路互补功率放大电路的分析估算的分析估算求解输出功率和效率的方法求解输出功率和效率的方法:然后求出电源的平均功率，然后求出电源的平均功率，效率效率1.输出功率输出功率在已知在已知RL的情况下，先求出的情况下，先求出Uom，则则2.效率效率9.3 9.3 功率放大电路功率放大电路的安全运行的安全运行(晶体管的极限参数晶体管的极限参数)PT对对UOM求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得 在输出功率最大时，因管压降最小，

9、在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；输出功率最小时，因故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。集电极电流最小，故管子损耗也不大。管子功耗与输出电压峰值的关系为管子功耗与输出电压峰值的关系为因此，选择晶体管时，其极限参数因此，选择晶体管时，其极限参数将将UOM代入代入PT的表达式，可得的表达式，可得例例9.2.1在图在图9.2.2所示电路中已知所示电路中已知VCC 15V，输入电压输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数电压放大倍数约为约为1，负载电阻，负载电阻RL 4欧，欧，（1）求解负载上可能获得的最

10、大功）求解负载上可能获得的最大功率和效率率和效率（2）若输入电压最大有效值为）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。则负载上能够获得的最大功率为多少。解解（1）（2）因为）因为UOUi，所以所以UOm8V。最大输出功率最大输出功率RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1uiR R3 39.4 9.4 集成功率放大集成功率放大电路电路OTL、OCL和和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。9.4.1集成功率放

11、大电路分析集成功率放大电路分析LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。典型运用。一、一、LM386内部电路内部电路图图9.4.1LM386内部电路原理图内部电路原理图第一级差分放大电路第一级差分放大电路（双入单出）（双入单出）第二级共射放大电路第二级共射放大电路（恒流源作

12、有源负载）（恒流源作有源负载）第三级第三级OTL功放电路功放电路输出端应外接输出电输出端应外接输出电容后再接负载。容后再接负载。电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。二、二、LM386的电压放大倍数的电压放大倍数1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时Uf=UR5+UR6Ui/2 2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时3.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，

13、也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节，调节范围为调节范围为20200。三、三、LM386引脚图引脚图图图9.4.2LM386的外形和引脚的外形和引脚9.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）集成功率放大电路的主要性能指标（略）9.4.3集成功率放大电路的应用集成功率放大电路的应用一、集成一、集成OTL电路的应用电路的应用1.LM386外接元件最少的用法外接元件最少的用法静态时输出电容上电压为静态时输出电容上电压为VCC/2最大不失真输出电压的峰最大不失真输出电压的峰峰值为电源电压峰值为电源电压VCC 最大输出功率为最大

14、输出功率为输入电压有效值输入电压有效值2.LM386电压增益电压增益最大的用法最大的用法3.LM386的一般用法的一般用法图图9.4.4 LM386电压增益最大的用法电压增益最大的用法图图9.4.5 LM386的一般用法的一般用法引脚引脚1和引脚和引脚8接接10uF电解电容器，电解电容器，1和和8之之间交流短路。间交流短路。引脚引脚1和引脚和引脚5接电阻，接电阻，也可改变电压放大倍也可改变电压放大倍数。数。二、集成二、集成OCL电路的应用电路的应用TDA1521的基本接法的基本接法TDA1521为为2通道通道OCL电路，可作为立体声电路，可作为立体声扩音机左、右两个声扩音机左、右两个声道的功放

15、。道的功放。最大输出功率最大输出功率Pom12W最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom 9.8V三、集成三、集成BTL电路的应用电路的应用TDA1556为为2通道通道BTL电路。可作为立体声扩音机电路。可作为立体声扩音机左，右两个声道的功放。左，右两个声道的功放。TDA1556的的基本接法基本接法1.指出图中放大电路部分；指出图中放大电路部分；2.说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，说明电路中是否引入了级间反馈，是直流反馈还是交流反馈，若若为交流负为交流负反馈则说明其反馈组态；反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；6.说明哪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？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.R2断路；断路；3.D1短路；短路；4.D1断路；断路；5.T1集电极开路。集电极开路。T2、T5的极限参数：的极限参数：PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。