第九章、功率放大器课件.ppt

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1、,第9章 功率放大电路,9.1 概述9.2 变压器耦合功率放大电路9.3 互补对称功率放大电路原理9.4 无输出变压器(OTL)的互补对称功放电路9.5 无输出电容(OCL)的互补对称功放电路9.6 实际功放电路9.7 集成功率放大器,功率放大电路概述,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，简称功放。,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情况下，输出尽可能大的功率。,功放电路的要求：,例：扩音系统,功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,功率放大电路的特点,一、主要技术指标

2、,1.最大输出功率Pom,功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为PoIoUo。,最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率,2.转换效率,功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。,3.最大输出电压Uom,二、功率放大电路中的晶体管,在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施。,三、功率放大电路的分析方法,采用图解法,分析功放电路应注意的问题,(1)功放电路中电流、电

3、压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEO、PCM。,(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的（转换）效率。,Pomax:负载上得到的最大交流功率。PE：电源提供的直流功率。,为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路,直流电源提供的直流功率为ICQ VCC即图中矩形ABCO的面积。,集电极电阻RC的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形QBCD的面积。,晶体管耗散功率为ICQ UCEQ即图中矩形AQDO的面积。,1.无输入信号作用时,2.在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正

4、弦波,直流电源提供的直流功率不变,负载电阻RL上所获得的功率PO仅为P/Om的一部分。,R/L(=RC/RL)上获得的最大交流功率P/Om为,即图中三角形QDE的面积,共射放大电路输出功率小，效率低（25），不宜作功放。,如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点,但又会引起截止失真,既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器,功率放大电路的分类,在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类,甲类(=2),乙类(=),甲乙类(2),丙类：导通角小于。,丁类：功放管工作在开关状态，管子仅在饱和导通时消耗功率。,集电极电流iC将严重失真。,

5、9.2 变压器耦合推挽功率放大电路,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使T1、T2轮流导通。,输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，,直流通道,变压器线圈对于直流相当于短路,对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器,两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区,IB很小,IC也很小,降低直流功耗。,交流通道,ib1,ui0,ui0,输入信号正半周，T1导通，T2截止,输入信号负半周，T2导通，T1截止,9.3 互补对称功率放大电路,互补对称：电路中采用两个

6、晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。对称电源：+USC，-USC 组成互补对称式射极输出器,NPN型,PNP型,一、工作原理（设ui为正弦波）,静态时：,ui=0V T1、T2均不工作 uo=0V,动态时：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。,输入输入波形图,死区电压,(1)静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间小于半个周期；(3)存在交越失真。,特点：,克服交越失真的措施：,静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微

7、弱导通状态；,动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,二、最大输出功率及效率的计算,假设 ui 为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,负载上得到的最大功率为：,若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流分别为：,电源提供的直流平均功率计算：,每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:,两个电源提供的总功率为：,USC1=USC2=USC,效率为：,OTL:Output TransformerL

8、ess,OCL:Output CapacitorLess,互补对称功放的类型：,9.4 无输出变压器的互补对称功放电路,一、特点,1.单电源供电；,2.输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,三、动态分析,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,（UC相当于电源）,时，T1导通、T2截止；,设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号,四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UA=0.5USC,D1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极

9、管正向压降，克服交越失真,Re1、Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用,增加对称的负电源-USC，使静态时的A点电位为0,9.5 无输出电容的互补对称功放电路,OTL电路,OCL电路,存在交越失真,OCL电路,3.电路中增加复合管,增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。,1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T2、R1、R2：UBE倍增电路,T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级,准互补,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,集成运放内部的功率放大器,9.6

10、实际功放电路,这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有：,(1)恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；(2)偏置电路（R1、D1、D2）；(3)恒流源负载（T5）；(4)OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；(5)负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；(6)共射放大级（T4）；(7)校正环节（C5、R4）；(8)UBE倍增电路（T6、R2、R3）；(9)调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,UBE倍增电路,恒流源电路,准互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路：,RC

11、低通,9.7 集成功率放大器,特点：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。,集成功放LM384：,生产厂家：美国半导体器件公司,电路形式：OTL,输出功率：8负载上可得到5W功率,电源电压：最大为28V,集成功放 LM384管脚说明:,集成功放 LM384 外部电路典型接法：,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL 4欧，,（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率（2）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。,解（1）,（2）因为UOUi，所以UOm8V。最大输出功率,P490 公式9.2.4,