模拟部分第二章-功率放大器设计.ppt
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1、电子技术课程设计(模拟部分),梁 文 海EMAIL:四川师范大学物理与电子工程学院 2010年5月,第二章 音频功率放大器设计,第一节,第三节,第二节,各类放大电路,集成功率放大器,概述,第四节,功率放大器设计,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。,2.1概 述,功率放大器的种类,目前,功率放大器已经有了很多种形式。(一)按耦合方式分,有两大类,1、变压器耦合功放:(1)变压器耦合单管甲类功放(2)变压器耦合乙类推挽功放2、无变压器耦合功放:(1)OTL功放(2)OCL功放(3)DC(直流)功放(4)超甲类功放(二)
2、按工作状态分,有 1、甲类:在输入正弦波电压信号的整个周期中,管子都导通的一种工作状态。设正弦波周期为T,管子导通时间为t,则甲类工作时,tT。,功率放大器的种类,2、乙类:tT/2,管子只导通半个周期,另半个周期截止。3、甲乙类:T/2 tT,管子导通时间大于半个周期,截止时间小于半个周期。4、丙类:tT/2,管子的导通时间小于半个周期,大部分时间截止。5、丁类:又称开关型功放,管子工作于开关状态,即“饱和导通完全截止”两个极端状态。6、超甲类:是对甲乙类的改进,即甲乙类工作状态时有一小段截止状态,而在超甲类时,这一小段时间中管子仍维持小电流导通状态。,(2)晶体管在极限条件下工作:ICM、
3、UCEM、PCM。,(1)输出功率Po尽可能大,功率放大电路的要求,(3)电流、电压信号比较大,注意减小波形失真,(4)注意提高电路的效率()。,Pomax:负载上得到的交流信号功率。PE:电源提供的直流功率。,(5)功放管散热和保护问题,功放电路与普通放大电路的比较,1.共同点:都是能量转换电路,把直流能量转换为交变能量。2.不同点:(1)普通放大电路:要求负载得到不失真电压信号,不要求输出功率;电路工作在小信号状态,研究的问题是电压放大倍数、输入和输出电阻、带宽等。(2)功率放大电路:要求负载得到一定的不失真或失真较小的输出功率;电路工作在大信号状,研究的问题是提高输出功率和效率。,功放电
4、路研究的主要问题,要求输出功率尽可能大:要求输出电流和电压都大,管子运行在极限状态。电路效率要高:效率是指负载得到的有用信号功率与电源供给的直流功率之比,比值越大效率越高。非线性失真尽可能小:功率与失真是一对矛盾,一般输出功率越大失真越严重。半导体的散热问题:功放电路中很大一部分功率被集电结消耗掉,使结温上升,为充分利用允许的管耗输出足够大的功率,散热非常重要。功放管的保护问题:为输出足够大的功率,管子承受的电压很高,通过的电流很大,管子较容易损坏。,二.甲类功率放大器分析,1.三极管的静态功耗:,若,电源提供的平均功耗:,则,2.动态功耗,(当输入信号Ui时),输出功率:,要想PO大,就要使
5、功率三角形的面积大,即必须使Vom 和Iom 都要大。,最大输出功率:,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点:,输出功率小 静态功率大,效率低,三.BJT的几种工作状态,甲类:Q点适中,在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。,甲乙类:介于两者之间,导通角大于180,动画演示,乙类:静态电流为0,BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。,晶体管的三种工作状态:,要提高效率就要减小直流静态电流,让功率放大电路工作在乙类状态。,上页,下页,返回,翻页,第二章 音频功率放大器设计,第一节,第三节,第二节,集成功率放大器,概述,第四节,功率放大器设计,各类放大电路,2.2 互补对
6、称电路,T1、T2:参数互补对称,称为互补对称电路。VI=0 时 VO=0。,T1和T2分别组成射极输出器,VI0 时 T1 导通T2截至的等效电路。,T1和T2分别组成射极输出器,VI0 时 T1 截至T2导通的等效电路,2.2 互补对称电路,2.2.1双电源互补对称电路(OCL),1.OCL电路,上页,下页,电路组成,返回,翻页,静态功率如何,功率计算,Uom 最大可达到 UCC,,上页,下页,返回,翻页,4.功率管选择:PCMAX0.2POM,OCL乙类功率放大电路,OCL甲乙类功率放大电路,利用二极管提供偏置电压,工作在乙类状态的放大电路,当输入信号很小时,达不到三极管的开启电压,三极
7、管不导电。因此在正、负半周交接处产生波形的非线性失真,称为交越失真。,可给三极管稍稍加一点偏置,使两管均处微导通状态,使之工作在甲乙类,OCL甲乙类功率放大电路,利用二极管提供偏置电压,利用三极管恒压源提供偏置,如图所示运算放大器电流扩展电路,可将输出电流扩展到安培级。若负载阻抗为8,依图结构设计电路,要求放大器输入电阻为1K,放大倍数为100,输出电流0.5A。,运放与单元组合电路的分析,集成运放驱动的OCL电路:,实用的OCL甲乙类功率放大电路,实际功放:,甲乙类准互补对称OCL电路,电路组成与工作原理,2.2.2单电源互补对称电路(OTL电路),上页,下页,返回,翻页,静态直流偏置,OT
8、L乙类功率放大电路,单电源互补功率放大电路如图所示。当电路对称时,输出端的静态电位等于VCC/2。为了使负载上仅获得交流信号,用一个电容器串联在负载与输出端之间。这种功率放大电路也称为OTL互补功率放大电路。,OTL甲乙类功率放大电路,1、基本原理,.单电源供电;,.输出加有大电容。,(1)静态偏置,甲乙类单电源互补对称电路,调整RW阻值的大小,可使,此时电容上电压,(2)动态分析,(电容起到了负电源的作用),Ui负半周时,T1导通、T2截止;,Ui正半周时,T1截止、T2导通。,动画演示,(3)输出功率及效率,若忽略交越失真的影响。则:,此电路存在的问题:,输出电压正方向变化的幅度受到限制,
9、达不到VCC/2。,2.带自举电路的单电源功放,静态时,C1充电后,其两端有一固定电压,动态时,由于C1很大,两端电压基本不变,使C1上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。,C1、R7为自举电路,OTL功率放大器电路,实用电路,上页,下页,返回,翻页,总结:互补对称功放的类型,第二章 音频功率放大器设计,第一节,第三节,第二节,概述,第四节,功率放大器设计,各类放大电路,集成功率放大器,集成功率放大电路大多工作在音频范围,除具有可靠性高、使用方便、性能好、重量轻、造价低等集成电路的一般特点外,还具有功耗小、非线性失真小和温度稳定性好等优点。并且集成功率放大器内部的各种过流、
10、过压、过热保护齐全,其中很多新型功率放大器具有通用模块化的特点,被称之为“傻瓜”型的集成功放,使用更加方便安全。集成功率放大器是模拟集成电路的一个重要组成部分,广泛应用于各种电子电气设备中。,3 集成功率放大器,上页,下页,返回,3 集成功率放大器,TDA2030集成音频功率放大器,翻页,集成功放应用简介 1SHM1150型集成功率放大器 SHM1150型集成功率放大器是由双极型三极管和单极型VMOS管组成的功率放大器,图6-13(a)为SHM1150型集成功率放大器的内部简化原理图。其中输出级采用的是功率VMOSFET管,可以提供较大的功率输出。和双极型功率管相比,功率VMOS管具有很多优点
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