模拟电子技术项目化项目五低频功率放大电路的制作与调试课件.ppt
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1、项目五 低频功率放大电路的制作与调试5.1 项目描述5.2 知识链接5.3 项目实施5.4 项目总结项目五 低频功率放大电路的制作与调试5.1.1 项目学习情境:项目学习情境:TDA2030A集成功率放大电路的制作集成功率放大电路的制作与调试与调试图5-1所示电路为由TDA2030A组成的OTL电路原理图。5.1 项项 目目 描描 述述项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-1 用TDA2030A组成的OTL电路项目五 低频功率放大电路的制作与调试5.1.2 电路元器件参数及功能电路元器件参数及功能TDA2030A集成功率放大电路元器件参数如表5-1所示。项目五 低频功率放大电路的制作与调试
2、表表5-1 TDA2030A集成功率放大电路元器件参数表集成功率放大电路元器件参数表 项目五 低频功率放大电路的制作与调试项目五 低频功率放大电路的制作与调试5.2.1 功率放大电路的概述功率放大电路的概述一、一、功率放大电路的特点功率放大电路的特点 在实际应用电路中,通常要利用放大后的信号去控制某一负载工作,例如,声音信号经扩音器放大后驱动扬声器发声,传感器微弱的感应信号经电路放大后驱动继电器动作等,都需要电路有足够大的功率输出才能实现。一般,电压放大电路的信号输出幅度小,解决的主要问题只是电压的放大,其输出功率比较小。而功率放大的实质,就是要把电压放大电路输出的较大电信号进行功率放大,向负
3、载提供足够大的输出功率。因此,功率放大电路不同于电压放大电路,两者比较如表5-2所示。5.2 知知 识识 链链 接接项目五 低频功率放大电路的制作与调试表表5-2 功率放大电路与电压放大电路两者比较表功率放大电路与电压放大电路两者比较表项目五 低频功率放大电路的制作与调试二、二、功率放大电路的基本要求功率放大电路的基本要求功率放大电路不仅要有足够大的电压变化量,还要有足够大的电流变化量,这样才能输出足够大的功率,使负载正常工作。因此,对功率放大电路有以下几个基本要求。1.输出功率要大输出功率要大功率放大器的主要目的是为负载提供足够大的输出功率。在实际使用时,除了要求选用的功放管具有较高的工作电
4、压和较大的工作电流外,选择适当的功率放大电路、实现负载与电路的阻抗匹配等,也是电路有较大输出功率的关键。项目五 低频功率放大电路的制作与调试2.效率要高效率要高 功率放大电路的输出功率由直流电源UCC提供。由于功放管及电路自身的损耗,电源提供的功率PE一定要大于负载获得的输出功率Po,我们把Po与PE之比称为电路的效率,即=Po/PE,显然功率放大电路的效率越高越好。3.非线性失真要小非线性失真要小由于功率放大电路工作在大信号放大状态,信号的动态范围大,功率放大管工作易进入非线性范围。因此,功率放大电路必须想办法解决非线性失真的问题,使输出信号的非线性失真尽可能地减小。项目五 低频功率放大电路
5、的制作与调试4.功放管要有保护措施功放管要有保护措施功率放大电路在工作时,功率放大管消耗的能量将使其自身温度升高,不但影响其工作性能,甚至导致其损坏,因此,功放管需要采取安装散热片等散热保护措施。另外,为了保证功放管安全工作,还应采用过压、过流等保护措施。项目五 低频功率放大电路的制作与调试三、三、功率放大电路的分类功率放大电路的分类 功率放大电路有以下几种分类方式:按放大信号频率分,可分为低频功率放大电路(用于放大音频范围(几十至几千赫兹)的信号)和高频功率放大电路(放大射频范围(几百千至几十兆赫兹)的信号);按电路中三极管的工作状态分,可分为甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放
6、大电路;按功率放大电路输出端特点分,可分为有输出变压器功率放大电路、无输出变压器放大电路(OTL功放电路)、无输出电容器功率放大电路(OCL功放电路)和桥式无输出变压器功率放大电路(BTL功放电路)。项目五 低频功率放大电路的制作与调试甲类功率放大电路的特征是工作点在负载线段的中点,在输入信号的整个周期内,晶体管均导通并有电流流过,功放的导通角=360。乙类功率放大电路的特征是工作点设置在截止区,在输入信号的整个周期内,晶体管仅在半个周期内导通并有电流流过,功放的导通角=180。甲乙类功率放大电路的特征是工作点设置在放大区,但很接近截止区,管子在大半个周期内导通并有电流流过,功放的导通角180
7、0,因此V1管导通,V2管截止,i1流过RL;在ui负半周,由于ui0,因此V1管截止,V2管导通,i2流过RL;i1与i2方向相反,如图5-4所示。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-4 OCL电路动态分析中i1与i2的方向项目五 低频功率放大电路的制作与调试2.电路指标计算电路指标计算双电源互补对称电路的图解法分析如图5-5所示。图(a)为V1管导通时的工作情况。图(b)是将V2管的导通特性倒置后与V1特性画在一起,让静态工作点Q重合而形成的两管合成曲线。图(b)中交流负载线为一条通过静态工作点的斜率为1/RL的直线AB。由图(b)可看出输出电流、电压的最大允许变化范围分别为2ICM
8、和2UCEM,ICM和UCEM分别为集电极正弦电流和电压的振幅值。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-5 图解法分析项目五 低频功率放大电路的制作与调试1)输出功率Po(5-1)当考虑饱和压降UCES时,输出的最大电压幅值为UCEM=UCCUCES(5-2)项目五 低频功率放大电路的制作与调试一般情况下,输出电压的幅值UCEM总是小于电源电压UCC的值,故引入电源利用系数,即(5-3)将式(5-3)代入式(5-1)中得(5-4)当忽略饱和压降UCES,即1时,输出功率PoM可按下式进行估算:项目五 低频功率放大电路的制作与调试2)效率效率可由式(5-3)来确定,为此应先求出电源供给的功率
9、PE。在乙类互补对称放大电路中,每个晶体管的集电极电流的波形均为半个周期的正弦波形,如图5-6所示。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-6 乙类互补对称放大电路波形图项目五 低频功率放大电路的制作与调试因此,直流电源UCC供给的功率 因考虑是正负两组直流电源供电,故总的直流电源的供给功率(5-5)项目五 低频功率放大电路的制作与调试由(5-4)、(5-5)两式,得 当=1时,效率最高,即项目五 低频功率放大电路的制作与调试3.OCL电路中三极管的选择电路中三极管的选择1)最大管压降UCEM考虑应留有一定的余量,管子承受最大的管压降为 UCEM=2UCC2)集电极最大电流集电极最大电流IC
10、M从电路最大输出功率的分析可知,三极管的发射极电流等于负载电流,负载上的电压为UCCUCES,故集电极电流的最大值项目五 低频功率放大电路的制作与调试3)集电极最大功耗集电极最大功耗PCM集电极功耗 ,这是一个抛物线方程,当时,PC最大,PC0.4Po,则每管的功率损耗为其一半。由此得出,在互补对称功率放大电路中选择功率管的原则如下:PCM0.2PoM,UCEO2UCC,ICMIo项目五 低频功率放大电路的制作与调试4.存在的问题及解决的方法存在的问题及解决的方法1)交越失真实际中,三极管输入特性的门限电压不为零,且电压、电流关系也不是线性关系,当输入电压较低时,输入基极电流很小,故输出电流也
11、十分小,输出电压在输入电压较小时存在一小段死区,在此段输出电压与输入电压不存在线性关系,从而产生了失真,由于这种失真出现在通过零值处,故称为交越失真,交越失真波形如图5-7所示。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-7 交越失真波形图项目五 低频功率放大电路的制作与调试2)用复合管组成互补对称电路由于功率放大电路的输出电流一般都要求很大,因此需要复合管进行电流放大。例如,当有效值为12 V的输出电压加至8 的负载上时,将有1.5 A的有效值电流流过功率管,其振幅值约为2.12 A。而一般功率管的电流放大系数均不大,若设20,则要求基极推动电流为100 mA以上,这样大的电流由前级供给是十分
12、困难的,因此需要进行电流放大。一般通过复合管来解决电流放大的问题,即将第一管的集电极或发射极接至第二管的基极,从而构成复合管。具体的接法如图5-8所示。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-8 复合管项目五 低频功率放大电路的制作与调试【说明】:复合管的等效电流放大系数;复合管的类型决定于一个三极管的类型,如第一个三极管是NPN型,第二个三极管是PNP型,则复合管为NPN型。功率放大电路中,功率管均采用复合管。以上是OCL电路的介绍,其电路优点是低频特性好、输出与输入跟随性好、带负载能力强;不足之处是OCL电路需采用双电源供电。项目五 低频功率放大电路的制作与调试二、二、单电源互补对称功率
13、放大电路单电源互补对称功率放大电路(OTL电路电路)OTL电路是输出有电容,无耦合变压器的功率放大电路,如图5-9所示,其中电容为储能元件,代替OCL电路中一个直流电源的作用。图中,管子工作在乙类状态。静态时,因电路对称,两个管子的发射极E点电位为UCC2,负载中没有电流。电容两端的电压也稳定在UCC2,这样两管的集-射极之间如同分别加上UCC2和UCC2的电源电压。项目五 低频功率放大电路的制作与调试动态时,在输入信号正半周,V1导通,V2截止,V1以射极输出的形式向负载RL提供电流,使得负载RL上得到正半周输出电压,同时对电容C充电;在输入信号负半周,V1截止,V2导通,电容C通过V2、R
14、L放电,V2也以射极输出的形式向负载RL提供电流,负载RL上得到负半周输出电压,电容C这时起负电源作用。这样,负载RL上就得到一个完整的信号波形。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-9 OTL电路项目五 低频功率放大电路的制作与调试5.2.3 集成功率放大电路简介集成功率放大电路简介1.LM386集成功率放大器的引脚排列和应用电路集成功率放大器的引脚排列和应用电路 LM386是小功率音频放大器集成电路,其额定工作电压范围为4 V16 V,具体参数可查阅电子元器件手册。图5-10所示是LM386外形、管脚排列图,图5-11所示是用其组成的OTL电路。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5
15、-10 LM386外形图、引脚图项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-11 LM386集成功放应用电路项目五 低频功率放大电路的制作与调试2.TDA2030集成功率放大器的引脚排列和应用电路集成功率放大器的引脚排列和应用电路TDA2030集成功率放大器,是一种适用于高保真立体声扩音机,即收录机中的音频功率放大集成电路。其外接引线和外接元件少,内部设有短路保护和热切断保护电路。电源电压范围为6 V18 V,具体参数可查阅电子元器件手册。图5-12是TDA2030的外形、管脚排列图和用其组成的典型应用电路。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-12 TDA2030引脚排列图及应用电路项目五
16、 低频功率放大电路的制作与调试5.3.1 OTL低频功率放大器测试训练低频功率放大器测试训练一、一、训练目的训练目的(1)熟悉OTL功率放大器的工作原理;(2)学习OTL功率放大器基本性能指标的测试方法。5.3 项项 目目 实实 施施项目五 低频功率放大电路的制作与调试二、二、训练说明训练说明图5-13所示为OTL低频功率放大器。其中由晶体三集管V1组成推动级(也称前置放大级),V2、V3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管,它们组成互补推挽OTL功放电路。由于每个三极管都接成射极输出形式,因此具有输出电阻低,负载能力强等优点,适合作功率输出级。V1管工作在甲类状态,它的集电极电流IC1
17、由电位器RW1进行调节。IC1的一部分流经电位器RW1及二极管V4,给V2、V3提供偏压。调节RW1,可以使V2、V3得到合适的静态电流而工作在甲乙类状态,以克服交越失真。静态时要求输出端中点A的电位UA=0.5UCC,可以通过调节RW1来实现,又由于RW1的一端接在A点,因此在电路中引入了交、直流电压并联负反馈,在稳定放大器的静态工作点的同时,也改善了非线性失真。项目五 低频功率放大电路的制作与调试图5-13 OTL低频功率放大器项目五 低频功率放大电路的制作与调试当输入正弦交流信号ui时,经V1放大、倒相后同时作用于V2、V3的基极,在ui的负半周期使V2导通(V3截止),有电流通过负载R
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