项目7功率放大电路分析及应用教学课件 中职 高教版 模拟电子技术基础与仿真（Multisim10）.pptx

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1、项目7 功率放大电路分析及应用7.1 7.1 任务任务1 1 互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路分析分析7.1.1功率放大电路的基本功率放大电路的基本要求要求（1）输出功率足够大。要得到足够大的输出功率，则输出电压和电流都要足够大，这就要求功率放大器中的功率放大管有很大的电压和电流变化范围，（2）效率要高。大功率输出要求功率放大器的能量转换效率要高，即负载得到的信号功率与直流电源提供的功率之比要大，否则浪费电能，元件发热严重，功率管的潜力得不到充分发挥。3）非线性失真要小。由于功率放大器是在大信号状态下工作，电压和电流摆动的幅度很大，很容易超出晶体管特性曲线的线性范围而产生失真（4）

2、晶体管散热要好。功放电路有一部分电能以热能的形式消耗在晶体管上，使晶体管温度升高，从而影响功放的性能，严重时还可能使晶体管烧毁。3.功率放大电路的分类根据功率放大电路静态工作点Q的位置不同、功率放大电路可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等。甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，若在一个周期内，管子的导通时间小于半个周期，则称为丙类放大电路7.1.2 OCL7.1.2 OCL互补对称功率放大互补对称功率放大电路电路1.电路组成图7-2为双电源互补对称功率放大电路，VTl是NPN型晶体

3、管，VT2是PNP型晶体管，要求两管的特性一致，采用正、负两组电源供电。3.图解分析采用图解分析法分析VT1、VT2的工作情况，由图7-2可知，只要UBE0，VT1就开始导电，则在一周内VT1管通电时间约为半周期，VT2管的工作情况与VT1管相似，只是在负半周导电。为了便于分析，将VT2管的特性曲线例置在VT1管的右下方，并令二者在Q点，即UCEUCC处重合，形成VT1和VT2管的所谓合成曲线，如图7-4所示。ic的最大变化范围为2Icm，uCE的变化范围为2IcmRL。如果忽略管子的饱和压降，则UCEMIcmRLUCC。4.分析计算 不难求出工作在乙类互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供

4、给的功率和效率。（1）输出功率输出功率是输出电压有效值Uo和输出电流有效值Io的乘积（也常用管子中变化电压、变化电流有效值的乘积表示）。设输出电压的幅值为Uom则（2）最大的输出功率（3）管耗PT考虑到VT1和VT2在一个信号周期内各导电半个周期，且通过两管的电流和两管两端的电压UCE在数值上都分别相等（只是在时间上错开了半个周期）。因此，为求出总管耗，只需先求出单管的损耗就行了。设输出电压为uo=Uomsint，则VT1的管耗为5.存在的问题与改进1）存在的问题。从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于VT1、VT2发射结

5、静态偏压为放大电路工作在乙类状态。2）改进方法。克服交越失真的方法，就是要避开晶体管的死区电压，即恰当地给晶体管正向偏置，一旦加入输入信号，晶体管立即进入线性放大区。即晶体管处于甲乙工作状态。6功率晶体管的选择在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择不容忽视。选择时一般应考虑晶体管的三个极限参数，即集电极最大允许功率损耗PCM，集电极最大允许电流ICM和集电极-发射极间的反向击穿电压V(BR)CEO。7.1.3 OTL7.1.3 OTL互补对称功率放大互补对称功率放大电电路路1.电路的工作原理OTL功率放大

6、电路如图7-6所示，在静态时，输入信号ui=0，因电路对称，静态时两个二极管发射极连接点电位为电源电压的一半，这样VT1管的，VT2管的。电容C被充电到，这时两只管子处于截止状态。而负载中没有电流2.功率、效率的计算由于单电源互补对称电路的工作原理与正、负双电源互补对称电路的工作原理相同，只是输出电压的幅值减少了一半，因此，前面导出的正、负电源互补对称电路计算的公式，将其中的UCC改为UCC/2后，即可用于单电源互补对称功率放大器。即7.1.4 7.1.4 带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器互补对称功率放大器本身并没有电压放大能力，在实际使用时，前面往往要接上放大电路，称为带前置

7、放大级的功率放大器。1.带晶体管前置放大级的单电源功率放大电路图7-7为带晶体管前置放大级功率放大电路，电路是只使用了组正电源的甲乙类功率放大电路。在图7-7电路中，电阻R1、R2和VT3管代替了图7-5电路中的两个二极管，同样也起到克服交越失真的作用。VT1和VT2管基极之间的电压这几个元件组成的电路称为UBE扩大电路。电阻R3和R4接到了VT1和VT2管的发射极。利用电流负反馈的作用，使两个管子的电流不致太大。因此，R8上端的交流电位也大幅度上升。这就是所谓的自举效应。在自举效应的作用下，输出电压幅度可以达到UCC/2，保证了最大输出功率。2.复合管在功率放大器中最后功放级的输出管输出电流

8、往往很大，可以达到几安培以上。如果驱动电流在几毫安以下时，输出管的电流放大系数就要达到几百甚至几千以上，单个管子一般不能满足要求。因此，常常将两个晶体管复合在一起，当作一个晶体管使用，以提高电流放大能力。复合管的主要特点是：电流放大倍数大大提高，总的电流放大倍数是单管电流放大倍数的乘积，即=12；复合管的输入电阻大大提高，同时增强乙类功率放大射极输出器的电流放大能力，复合管的类型主要取决于第一个管子的类型，复合管的缺点是穿透电流较大，温度的稳定性变差。操作训练操作训练 功率放大电路功率放大电路测试测试1.训练目的1）掌握功率放大器工作原理。2）观察乙类推挽放大器输出波形产生交越失真。3）依据功

9、率放大器输入/输出波形测试值，计算电压增益和最大平均输出功率。2.训练内容1）乙类功率放大电路（1）创建仿真电路在Multisim 10 电路工作区编辑如图7-10所示电路，其中R1=R2=150，信号源参数设置为ui=2V，f=1kHz，其他元器件参数按照电路图设置。图7-10 乙类功率放大电路测试图（2）电路仿真电路连接好后单击运行，用鼠标双击示波器图标，在打开的示波器面板上可以看到有交越失真了的输出波形。如图7-11所示。2）甲乙类功率放大电路。（1）创建仿真电路为减小交越失真，可给VT1、VT2发射结增加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使VT1、VT2导通时间稍微超过半个周

10、期，即工作在甲乙类状态，创建仿真电路如图7-12所示。图中二极管VDl、VD2用来提供偏置电压。电路元器件参数按照电路图设置。（2）电路仿真电路连接好后单击运行，用鼠标双击示波器图标，在打开的示波器面板上可以看到输出波形，交越失真消失。如图7-13所示。7.2 任务2 集成功率放大器分析随着微电子技术的不断发展，集成功率放大器的品种和型号越来越多，形成了模拟集成电路的一个重要分支。使用较多的是音频功率放大器，其输出功率从几百毫瓦到几百瓦不等。集成功率放大器是把大部分电路及包括功放管在内的元器件集成制作在一块芯片上。它们内部的电路构成大同小异，是由输入级、中间级和输出级组成，输入级是复合管的差动

11、放大电路，有同相和反相两个输入端，它的单端输出信号传送到中间共发射极放大级，以提高电压放大倍数。输出级是甲乙类互补对称的功率放大电路。为了保证器件在大功率状态下安全、可靠地工作。通常设有过流、过压及过热保护等电路。7.2.1 LM3867.2.1 LM386集成功率放大集成功率放大电路电路LM386是目前应用较广的一种音频小功率集成放大器，其特点是电源电压范围宽（4V16V）、功耗低（常温下是660mW）、频带宽（300kHz）。此外，电路的外接元件少，应用时不必加散热片，广泛应用于收音机、对讲机、双电源转换、方波和正弦波发生器等。图7-14为LM386内部电路图，由图可见，集成功放内部包括三

12、个放大级，即输入级、中间级和功率输出级。输入级为双端输入、单端输出差分放大电路。其中PNP三极管VT1与VT2以及VT3与VT4分别组成两个复合管，作为差分放大管。NPN三极管VT5和VT6组成镜像电流源，分别作为两个差分放大管的有源负载。放大后的信号由VT3的集电极输出，传送到中间级。图7-15为LM386的外形及管脚排列。其额定工作电压416V，当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA，因而极适合用电池供电。l脚和8脚间外接电阻、电容元件以调整电路的电压增益。电路的频响范围可达到数百kHz，最大允许功耗为660 mW（25），使用时不需散热片，工作电压为6V，负载阻抗为8时，输出功率约为3

13、25mW；工作电压为9V，负载阻抗为8时，输出功率可达1.3W。LM386两个输入端的输入阻抗都为50k，而且输入端对地的直流电位接近于0，即使与地短路，输出直流电平也不会产生大的偏离。图7-16为LM386组成的OTL电路。图中1、8脚外接的R1、C1用来调节电压放大倍数，7脚接耦合电容C2，其容量通过调试确定，防止电路产生自激振荡。R4、C4组成容性负载，抵消扬声器部分感性负载，以防止在信号突变时，因扬声器上出现较高的瞬时电压而导致损坏，且可改变音质，C3为功放输出电容。7.2.2 TDA2030A7.2.2 TDA2030A音频功率放大音频功率放大电路电路TDA2030A是当前音质较好、

14、使用较为广泛的一种音频集成电路，能适应长时间连续工作，而且集成电路内部有过载保护和热切断保护。适用于在收录机及高保真立体声装置中作为音频功率放大器。其外形如图7-17所示，引脚排列为：1脚为同相输入端，2脚为反向输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。图7-18所示为利用TDA2030A构成的OCL功放电路。其中R1、R2和C2组成电压串联负反馈，可以稳定输出端的直流电位、改善输出电压的非线性失真；C4、C5为电源耦合滤波电容；VD1、VD2作为保护二极管，防止电源接反时损坏集成块；R4、C7用于高频补偿，改善输出的负载特性。图7-19所示为由TDA2030A组成的OTL功放电路，由于采用单电源供电，常用于中小型录音机等家用音响设备。同时输入端采用两个阻值相同的R1、R2分压来提供直流偏置，经R3使得同相输入端的点位为UCC/2。静态时。TDA2030A的同相输入端、反相输入端和输出端的电位均为UCC/2。其它元件的作用于上述OCL电路相同