第四章功率放大电路课件.ppt

1、4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 4.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 4.3 采用复合管的互补对称功率放大电路采用复合管的互补对称功率放大电路例：例：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，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一一.功放电路的特点功放电路的特点（2）功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电

2、流、电压要求都比较大，注意：注意：电路参数不能超过晶体管的极限值电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真失真(4)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及晶体管及线路上的损失。注意提高电路的线路上的损失。注意提高电路的效率（效率（）Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100maxEoPP（5）功放管）

3、功放管散热和保护散热和保护问题问题二二.功率放大器分析方法（图解法）功率放大器分析方法（图解法）三极管的静态功耗：三极管的静态功耗：若若CCCEQVU21的功耗相等则三极管和负载电阻LRCQCEQEIUPCQCCRLEIVPP21动态功耗动态功耗（当输入信号（当输入信号Ui时）时）放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率omomomomo2122IUIUP 在输出特性曲线上，正在输出特性曲线上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面积，这的面积，这一三角形称为一三角形称为功率三角形功率三角形。要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必须使面积大

4、，即必须使Uom 和和Iom 都要大都要大最大输出功率最大输出功率CQCCIVP)21(210电源提供的功率电源提供的功率CQCCcmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此电路的最高效率此电路的最高效率25.00EmPP甲类功率放大器存在的缺点：甲类功率放大器存在的缺点：输出功率小输出功率小 静态功率大，效率低静态功率大，效率低三三.几种工作状态几种工作状态 根据在正弦信号整个周期根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管可内的导通情况，三极管可分为几个工作状态：分为几个工作状态：乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均

5、导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于180一一.OTL互补对称电路：互补对称电路：基本结构：基本结构：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对各一支；两管特性一致。组成互补对 称式射极输出器称式射极输出器4.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 注意：注意：T1、T2两个晶体管都只两个晶体管都只在半个周期内工在半个周期内工作。作。交越失真交越失真ic1ic2LCESCCcmRUVI2T2集电极电压：集电极电压：VCC/2静态时：静态时：iL=iC1-Ic2=0动态时：集电极最大动态时：集电极最大

6、电流电流消除交越失真的消除交越失真的OTL电路电路一、工作原理一、工作原理（设（设ui为正弦波）为正弦波）ic1ic2 静态时：静态时：ui=0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态）uo=0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。两个晶体管都只在半个周期内工作。二二.OCL互补对称电路：互补对称电路：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死

7、区电压死区电压(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间为半个周期每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。二、特点：二、特点：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL消除交越失真的消除交越失真的OCL电路电路 静态时静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态微弱导通状态甲乙类工作状态甲乙类工作状态动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。正半周加入正弦信号。正半周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；基极电位进

8、一步提高，进入良好的导通状态；负半周负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步提高，进入基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。良好的导通状态。电路中增加电路中增加 R1、D1、R、D2、R2支路支路基本原理：基本原理：uB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态电流电流 ICQ、IBQ。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，基于半个周期，基本不失真。本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的负载上的最大不失真电压最大不失真电压为为Uom=VCC-UCESuo=-uce（1）最大不

9、失真输出功率）最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRUVRUVP实际输出功率实际输出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP三、三、OCL互补对称电路分析计算互补对称电路分析计算CESCCom=UVU最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP（2）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtUtUV)d()sinsin(2102L2omLomCCttRUtRUV)4(12omomCCLUUVR

10、 T2T1T=PPP)4(22omomCCLUUVR（3）电源供给的功率）电源供给的功率PVToV=PPPLomCC2RUV当当时，时，CComVV 2L2CCVmRVP（4）效率）效率 CComVo4=VUPP时，CComVU%78.54 LCCCC0LoCCVR22)(d 1=omcmUVIVtRuVP四三极管的最大管耗四三极管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCCoML2CCT1maxP2.0R2V2.0P问：问：Uom=？PT1最大最大,PT1max=？用用PT1对对Uom求导得出：求导得出：PT1max发生在发生在

11、Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：选管条件选管条件1.PCM PT1max=0.2PoM2CCCEOBRVV2)(L2CCoMR2VP3CQCMII增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型becibic4.3 采用复合管的互补对称功率放大电路采用复合管的互补对称功率放大电路改进后的改进后的OCL准互补准互补输出功放电路：输出功放电

12、路：T1：电压推动级（前置放大级）电压推动级（前置放大级）倍压电路：倍压电路：T2、R1、R2，扩大扩大UBE电路电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成互补复合管构成互补对称功放对称功放准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，b3、b5间便间便可得到可得到 UBE2 任意倍数的电压。任意倍数的电压。22122RRRUUBECEOTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess

13、总结：互补对称功放的类型总结：互补对称功放的类型 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈级偏置电路偏置电路共射放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源负载负载准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载实用的实用的OCL准互补功放电路：准互补功放电路：集成功放集成功放 LM3

14、84管脚说明管脚说明:14-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地）8-输出端输出端 （经（经500 电容接负载）电容接负载）)12345 678910111213141-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）集成功放集成功放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500-+0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源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

15、大电容输出耦合大电容1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽可能提高输出出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。功率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。3互补对称功率放大器的几种主要结构：互补对称功率放大器的几种主要结构：OCL（双电源）（双电源）甲乙类。甲乙类。OTL（单电源）（单电源）甲乙类。甲乙类。4随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。也给功率放大器的发展带来了新的生机。本章小结本章小结