第6章集成功率放大器课件.ppt

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1、第6章功率放大电路,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.2功放电路的类型和特点,6.3 集成功率放大器及其应用,第6章功率放大电路,功率放大电路是电子电路的最末级，担负着驱动负载的任务。如何将信号经过多级放大以后能以符合要求的功率和尽可能小的失真传递给负载，是本章要重点研究解决的问题。功率放大器的种类很多，各有特点与不足。从最基本的功率放大器到最新的集成功率放大器，让你把握功率放大器的发展进程。尤其是近些年来异军突起的“傻瓜”功率放大器和最新的D类放大器，在本章中当然也是重点介绍的对象。,章首导言,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,电压放大电路均属小信号放大电路，它们主要

2、用于增强信号的电压或电流的幅度。实际上，很多电子设备的输出要带动一定的负载，能输出信号功率足够大的电路就是功率放大电路，简称功放。,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,1功率放大电路的任务电子设备中的放大器一般由前置放大器和功率放大器组成，如图所示。前置放大器的主要任务是不失真地提高输入信号的电压或电流的幅度，功率放大器的任务是在信号失真允许的范围内。,放大器组成方框图,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,2.功率放大电路的主要技术指标(1)输出功率：功放电路根据负载要求向负载提供的有用信号功率。,(2)效

3、率：放大电路提供给负载的功率是由直流电源提供的。,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,(3)管耗：功放电路中直流电源提供的功率除了供给负载外，其它部分主要被功率管所消耗，这部分功率称为管耗：,(4)非线性失真：由于在功率放大电路中，三极管的工作点在大范围内变动，输出波形的非线性失真比小信号放大电路要严重得多。,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,3功率晶体管的工作特点担任功率放大的晶体管习惯上称为功放管，一般由晶体三极管来担任，近些年来，随着场效应管制造工艺的提高，功放管已经被场效应管所取代，因为场效应管不

4、需要太大的驱动功率。功率晶体管都工作在接近于管子参数的极限状态，选择功率管时要注意不要超过管子的极限参数，要留有一定的余量，要考虑在电路中采取必要的过流保护，过压保护措施，解决好管子的散热问题。,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,3功率晶体管的工作特点担任功率放大的晶体管习惯上称为功放管，一般由晶体三极管来担任，近些年来，随着场效应管制造工艺的提高，功放管已经被场效应管所取代，因为场效应管不需要太大的驱动功率。4功率放大器的分析方法在大信号情况下，微变等效电路分析法已不再适用。在工程上常采用图解分析法。请参考其它书籍。,6.1功率放大电路的任务及功

5、率晶体管的特点,6.1.1功放电路的任务与技术指标,5使用功率晶体管需要注意的几个问题(1)功率管的散热问题图为某功率管的最大输出功率和工作环境温度的关系(PCMTa)曲线。,(2)功率管的安全使用为了确保功率管的安全使用，在设计电路时，应使管子工作于其伏安特性的安全区内，尽量减少电路产生过压和过流的可能性。,功率管的最大输出功率和环境温度关系,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.2复合管,1复合管的组成复合管是由两个或两个以上的三极管按照一定的连接方式组成一只等效的三极管。基本规律是：前面的一支为小功率管，后面的一支为大功率管；复合管的组成必须满足基尔霍夫的节点电流定律。,由

6、两只三极管组成的四种类型的复合管,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.2复合管,2复合管的特点(1)复合管的类型与组成复合管的第一只三极管的类型相同。在合理连接的条件下，若第一只三极管的类型为 PNP 型，则复合管的类型也为 PNP 型；若第一只三极管的类型为 NPN 型，则复合管的类型也为NPN型。(2)复合管的电流放大系数近似等于组成该复合管的各三极管 值的乘积，即：,6.1功率放大电路的任务及功率晶体管的特点,6.1.2复合管,3复合管的作用(1)对信号源提供电流的要求降低。功率放大电路的输出电流比较大，要求提供给功率管基极的推动电流也比较大。,(2)实现异型管子的配对有

7、的功率放大电路要求功率管为一对参数基本相同但管型不同的异型管，而异型大功率管往往很难实现参数的一致。,异型功率管的配对,6.2功放电路的类型和特点,6.2.1变压器耦合功率放大电路,传统的功率放大电路常常采用变压器耦合方式的功率放大电路。如图所示。,功率放大电路采用变压器耦合方式的主要优点是便于实现阻抗匹配，有利于信号的最大传输。但变压器体积庞大，比较笨重，消耗有色金属，而且其低频和高频特性不好，在引入负反馈时还容易产生自激。,变压器耦合乙类推挽功率放大电路,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,1OCL互补对称功率放大电路(1)电路组成,乙类互补对称功率放大电

8、路,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,(2)工作原理当ui=0时，VT1VT2均处于零偏置，两管的基极电流IBQ0，集电极电流ICQ0,输出电压uo=0，此时管子不消耗功率。在有正弦信号ui输入时：在信号ui的正半周，VT2因发射结反偏而截止，VT1因发射结正偏而导通，此时正电源VCC通过V1向RL提供电流ic1，输出电压uoui。在信号ui的负半周，TV1因发射结反偏而截止，VT2因发射结正偏而导通，此时负电源VTEE通过VT2向RL提供电流ic2，输出电压uoui。,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,2OCL互补对称功

9、率放大电路主要性能指标的估算(1)输出功率在OCL互补对称放大电路中，若输入信号的幅度足够大，其最大不失真输出电压的幅度要受三极管饱和压降的影响，故最大不失真输出电压的幅度为：OCL互补对称放大电路的最大输出功率为：,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,(2)直流电源提供的直流功率由于每个管子只在半个周期内有电流流过，故每个管子的集电极电流平均值为电路中正负电源所提供的总功率为：,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,(3)OCL互补对称功放的效率可以算出，乙类功放的最大理论效率为：,由于功率管的饱和压降和元件损耗等因素，乙类互

10、补对称放大电路的效率仅能达到60左右。,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,(4)管耗OCL互补对称电路中，每只功率管的管耗为：可见功率管的管耗与输出电压的幅度有关。,可以看出：当电路的输出功率最大时，三极管的管耗并不是最大，这也正是功放管可以工作在极限值的原因之一。,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,3OCL互补对称功率放大电路中功率管的选择管子的集电极发射极反向耐压、最大集电极电流和最大输出功率要满足下列关系：,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,4OCL互补对称功率放大电路中信号的交越

11、失真,OCL甲乙类互补对称功率放大电路,6.2功放电路的类型和特点,6.2.2 OCL互补对称式功率放大电路,UBE扩大电路,在OCL甲乙类互补对称功率放大电路中常用的偏置电路还有UBE扩大电路，如图所示。只要调节电路中的电阻R1和R2的比值便可满足电路中对偏置电压的需要。,6.2功放电路的类型和特点,6.2.3 OTL互补对称式功率放大电路,1.OTL互补对称式功率放大电路的电路组成如图所示，为典型的OTL互补对称功率放大电路。,OTL互补对称功率放大电路,6.2功放电路的类型和特点,6.2.3 OTL互补对称式功率放大电路,2.OTL互补对称式功率放大电路的特点OTL（没有输出变压器）互补

12、对称功率放大电路与变压器耦合功率放大电路及OCL功率放大电路相比，其主要特点是：没有输出变压器；只用一路直流电源VCC；用电容C代替了OCL电路中负电源的作用。,6.2功放电路的类型和特点,6.2.3 OTL互补对称式功率放大电路,3OTL互补对称功率放大电路的工作原理静态时，调整电阻的值，使两管的发射极电位为，则电容两端的电压也为。导通时则依靠电容上所充的电压供电。调节电阻的阻值，可以有一定的静态电流，用来保证功率管工作在甲乙类状态，从而消除交越失真。动态时，在输入信号的正半周，此时的直流电压提供电流，且向电容充电。在输入信号的负半周，截止，导通，此时电容两端的电压 向提供电流。,6.2功放

13、电路的类型和特点,6.2.3 OTL互补对称式功率放大电路,4OTL互补对称功率放大电路主要性能指标的估算,6.2功放电路的类型和特点,6.2.3 OTL互补对称式功率放大电路,4OTL互补对称功率放大电路主要性能指标的估算,6.2功放电路的类型和特点,6.2.4 采用复合管的功放电路,由复合管组成的甲乙类互补对称功率放大电路,6.3集成功率放大器及其应用,集成功率放大器除具有一般集成电路的特点外，还具有温度稳定性好、电源利用率高、功耗低、非线性失真小等优点。有时还将各种保护电路如过流保护、过压保护、过热保护等电路集成在芯片内部，使集成功率放大器的使用更加安全可靠。集成功放的种类很多，从用途上

14、分，有通用型功放和专用型功放；从芯片内部的电路构成划分，有单通道功放和双通道功放；从输出功率来分，有小功率功放和大功率功放等。,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.1LM386小功率通用型集成功放,LM386集成功率放大电路,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.2 TDA2616/Q中功率集成功率放大电路,TDA2616/Q中功率集成功放及其应用,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.3“傻瓜”型集成功放,1006型“傻瓜功放”模块及其应用,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.4 BTL功率放大器,BTL电路的原理图,1.电路的组成BTL功率放大电路是在OCL、OTL功率放大电路的基础上

15、发展起来的，它可以在电源电压较低的情况下输出较大的功率。,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.4 BTL功率放大器,BTL电路结构图,2.工作原理,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.4 BTL功率放大器,BTL电路结构图,3.集成电路BTL 功率放大器(1)LM1875集成功放,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.4 BTL功率放大器,LM1875集成功放构成OTL电路,3.集成电路BTL 功率放大器(1)LM1875集成功放,LM1875集成功放构成OCL电路,6.3集成功率放大器及其应用,6.3.4 BTL功率放大器,LM1875构成BTL功率放大器,(2)用LM1875构成BTL功率放大器,