功率放大电路 优秀课件.ppt

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1、功率放大电路 第1页，本讲稿共42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。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取8.1 功率放大电路的一般问题第2页，本讲稿共42页例例2：温度控制温度控制R1-R3:标准电阻标准电阻Va: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RtTVOT 温度调节温度调节过程过程VbVO1A AR1aR2voVscR3Rt 功功 放放b温控室

2、温控室vo1加加热热元元件件+-+第3页，本讲稿共42页1功率放大电路的定义功率放大电路的定义 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力要强。一般直接驱动负载，带负载能力要强。2功率放大电路与电压放大电路的区别功率放大电路与电压放大电路的区别(1).本质相同本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。流幅度。功率放大电路功率放大电路:主要输出较大的功率。主要输出较大的功率。但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功

3、率，但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。区别只不过是强调的输出量不同而已。第4页，本讲稿共42页(2).任务不同任务不同(3).指标不同指标不同(4).研究方法不同研究方法不同电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号

4、状态下工作不一定大。在小信号状态下工作.功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号状态下工作。出功率。在大信号状态下工作。电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。电压放大电路：图解法、等效电路法电压放大电路：图解法、等效电路法功率放大电路：图解法功率放大电路：图解法 第5页，本讲稿共42页(1)(1)输出功率输出功率PoPo尽可能大尽可能大(2)(2)效

5、率效率 要高要高PoPo大，电路的能量损耗也大(3)(3)非线性失真非线性失真 要小要小大信号工作状态，与PoPo、是一对矛盾(4)(4)功放管散热和保护问题功放管散热和保护问题 3.3.功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题 要求Vo和Io都足够大第6页，本讲稿共42页根据静态偏置静态偏置或输出功放管导通角导通角的不同，功放电路可分为四种:4.4.功率放大电路的分类功率放大电路的分类 甲类甲类 乙类乙类 甲乙类甲乙类丙类丙类第7页，本讲稿共42页类别 工作点 波 形 导通角 特点甲类甲乙类乙类较高较高较低较低最低最低360 180 180 360 无失真无失真效率低效率低失真大失真大效

6、率最高效率最高失真大失真大效率较高效率较高功放电路分类比较表功放电路分类比较表第8页，本讲稿共42页T1+VccOCL(无输出电容)双双管：NPN、PNP特性相同且互补 双双共集电路双双电源供电 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路又称OCL互补功放8.3.1 电路组成T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-第9页，本讲稿共42页vi正半周时结论：结论：两个三极管，轮流导电轮流导电（正、负半周）互补不足互补不足忽略三极管的开启电压:T1导电iC1通过RLvi负半周时T2导电iC2通过RL合成合成完整、不失真波形互补推挽T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-OtiC1OtiC2Oti

7、LiC1iC2工作原理第10页，本讲稿共42页负载上的最大不失真电压最大不失真电压为Vom=VCC-VCESvo=-vce8.3.2 分析计算ViT1Vo+VccRL+-+-T1VoVceRL+-+-+-iE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第11页，本讲稿共42页T1ViVo+VccRL+-+-1输出功率输出功率Po最大不失真功率为：最大不失真功率为：理想最大输出功率为：理想最大输出功率为：以正半周为例功率三角形Vom:峰值iE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第12页，本讲稿共42页2 2三极管的管耗三极管的管耗P PT T ViT1Vo+VccRL+-

8、+-第13页，本讲稿共42页3 3直流电源供给功率直流电源供给功率PViE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第14页，本讲稿共42页当Vom=VCC 时，max=/4=78.5。4效率效率第15页，本讲稿共42页问：问：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Vom求导得出：8.3.3 功率BJT的选择1最大管耗和最大输出功率的关系最大管耗和最大输出功率的关系将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:PT1max发生在Vom=2VCC/=0.64VCC处第16页，本讲稿共42页2.功率BJT的选择(1)最大允许管耗PCM(2)|V(BR)CEO|(3)最大集电极电流

9、ICM0.2POM2VCCiE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第17页，本讲稿共42页散热与最大功耗散热与最大功耗PCMPCM的关系的关系 电源供给的功率，一部分转换为负载的有用功率，另一部分则消耗在功率管的集电结，变为热能而使管芯的结温上升。如果晶体管管芯的温度超过管芯材料的最大允许结温TjM(锗管TjM约为75100,硅管TjM约为150200)，则晶体管将永久损坏。这个界限称为晶体管的最大允许功耗PCM。第18页，本讲稿共42页 描述热传导阻力大小的物理量称为热阻RT。RT的量纲为/W，它表示每消耗1W功率结温上升的度数。为减小散热阻力，改善散热条件，通常采用加散热器

10、的方法。图(a)给出一种铝型材散热器的示意图。加散热器后，热传导阻力等效通路如图(b)所示。图中：RTj内热阻，表示管芯到管壳的热阻；RTfo管壳到空间的热交换阻力；RTc管壳到散热器之间的接触热阻，与管壳和散热器之间的接触状况有关；RTf散热器到空间的热交换阻力，与散热器的形状、材料以及面积有关。第19页，本讲稿共42页散热器和热传导阻力等效通路(a)铝型材散热器示意图；(b)热传导阻力等效通路(热阻计算)第20页，本讲稿共42页 由图可见，不加散热器时，总热阻RTo为 由于管壳散热面积很小，RTfo是很大的。加散热器后，由于(RTc+RTf)RTfo，所以，总热阻RT为 显然，RTRTo。

11、功率管的最大允许功耗PCM与总热阻RT、最高允许结温TjM和环境温度To有关，其关系式为第21页，本讲稿共42页二次击穿现象与安全工作区二次击穿现象与安全工作区 功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致。二次击穿现象可由图(a)来说明。当集电极电压vCE增大时，首先可能出现一次击穿(图中AB段)。这种击穿是正常的雪崩击穿。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将其起、始点连线称为二次击穿临界线，如图(b)所示。功率管的二次击穿现象(a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线第22页，本讲稿共42页 为保证功率管安全可靠地工作，除保证电流小于

12、ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击穿电压V(BR)CEO外，还应避免进入二次击穿区。所以，功率管的安全工作区如图所示。双极型功率管的安全工作区第23页，本讲稿共42页乙类放大的输入输出波形关系乙类放大的输入输出波形关系:Vi-VccT1T2uo+VccRLiL失真失真死区电压死区电压vivovovo tttt输入信号输入信号 vi在过零前后，输出信在过零前后，输出信号出现的失真。号出现的失真。第24页，本讲稿共42页vi很小时,在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，这个失真称为交越失真。乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题 8.4 甲乙类互补对称功率放大电路iE1T2T1Vi-V

13、ccVo+VccRL+-+-iE2第25页，本讲稿共42页 为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类甲乙类。(a)利用二极管提供偏置电压 参数计算参数计算：与乙类功放同：与乙类功放同 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路T1+VccVi+-VccT2RLvo+-(b)利用三极管恒压源提供偏置VCE4=VBE4(R1+R2)/R2vi+VCCRLT2T3T1T4-VEER2R1Rc1vo+-偏置电压/VICQ/mATHD/%0.600.0481.220.650.330.2440.702.200.00680.7513.30.0028谐波失真度第26页，本讲稿共42页OTLOTL（

14、无输出变压器（无输出变压器)单电源单电源电容器电容器CoCo选择：选择：静态静态:V:Vk k=V VCCCC/2 2LL21fRC(5-10)8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路Vo1/2VccT2T1+VccRL+-+-iE2KVi第27页，本讲稿共42页动态分析动态分析设输入端在设输入端在 0.5VCC 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，若输出电容足够大，VC基本保持基本保持在在0.5VCC，负载上得到的交流信，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失号正负半周对称，但存在交越失真。真。ic1ic2交越失真交越失真RLviT1T2+VCCCA

15、VL+-0.5VCCvit时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。第28页，本讲稿共42页输出功率及效率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 vi 幅度足够大。则：幅度足够大。则：vLVLmaxvitt参数计算参数计算：OCLOCL公式中以公式中以V VCCCC/2 2取代取代V VCCCC 理想最大输出功率为：理想最大输出功率为：第29页，本讲稿共42页实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静态使静态VAQ=0.5VCCD1、D2使使b1和和b2之间的电之间的电位差等于位差等于2个二极管正向压个二极管正向

16、压降，克服交越失真。降，克服交越失真。Re1、Re2：电阻值：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限射极负反馈电阻，也起限流保护作用。流保护作用。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第30页，本讲稿共42页 当输出功率较大时往往采用复合管当输出功率较大时往往采用复合管复合管有四种形式：复合管有四种形式：达林顿管：由NPN、PNP复合而成。复合管极性极性=前面管极性采用复合管的互补功放第31页，本讲稿共42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 T2、R1、R2：VBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成

17、的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级中的输出级中的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。+Vcc-VccR1R2RLviT1T2T3T4T5T6第32页，本讲稿共42页广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。大多数集成功率放大器大多数集成功率放大器=运算放大器运算放大器+互补功率输出。互补功率输出。使用方法原则上与集成运放相同，注意使用方法原则上与集成运放相同，注意极限参数极限参数（功耗、最大允许电源电压等）（功耗、最大允许电源电压等）一般一般加有足够大的加有足够大的散热器散热器8.5集成功率放大器第33页

18、，本讲稿共42页特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当工作可靠、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。连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM384LM384：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：OTLOTL输出功率：输出功率：8 8 负载上可得到负载上可得到5W5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V 28V 第34页，本讲稿共42页集成功放集成功放 LM384LM384管脚说明管脚说明:1414 -电源端（电源端（V Vcccc）3 3、4 4、5 5、7-7-接地端（接地端（GNDGND）10

19、10、1111、12-12-接地端（接地端（GNDGND）2 2、6-6-输入端（一般输入端（一般2 2脚接地）脚接地）8-8-输出端输出端(经经500500 电容接负载电容接负载)1 12 23 34 45 5 6 67 78 89 9101011111212131314141-1-接旁路电容接旁路电容(5(5)9 9、13-13-空脚（空脚（NCNC）第35页，本讲稿共42页集成功放集成功放 LM384 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500500 0.1 0.1 2.72.7-+8 814146 62 21 15 5 V Vccccv vi i8 8 调节音量调节音量电源

20、滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容第36页，本讲稿共42页负载上获得的信号电压要增加一倍。负载上获得的信号电压要增加一倍。BTLBTL放大电路输出功率较大，负载可以不接地。放大电路输出功率较大，负载可以不接地。BTL互补功放第37页，本讲稿共42页BTL原理电路+VCCRLVoVii2i1V1V2V3V4第38页，本讲稿共42页双通道功放 用于立体声音响设备，一般有专门的集成功放产品。它有一个左声道功放和一个右声道功放，两功放技术指标相同。需要在专门的立体声音源下才能显现出立体声效果。有的高级音响设

21、备一个声道分成二、三个频段放大，有相应的低频段、中频段和高频段放大器。第39页，本讲稿共42页例：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。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)，把阻抗变小，把阻抗变小，便可解决以上问题。便可解决以上问题。变压器耦合式功放电路变压器耦合式功放电路根据公式根据公式 得电源电压：得电源电压：第40页，本讲稿共42页乙类变压器耦合式推挽功率放大器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viT2T1RL+-VCCiLN2N1N1放大器：放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。射极接在一起。第41页，本讲稿共42页小结与基本要求1、功放分类与特点2、四参数计算 3、选管条件OTL:VCC/2 VCC第42页，本讲稿共42页