功率放大电路

nullnull功率放大电路第二节　互补对称功率放大电路第三节　集成功率放大器及其应用第一节　功率放大电路概述null课题： 　　　第一节　功率放大电路概述（1学时） 第二节　互补对称功率放大电路（3学时） 目的要求： 　　　　　1、掌握理想运放的特点； 2、掌握比例、加减、积分运算电路的运算关系；　　　　　 重点、难点和突破方法： 　　写出各种运算电路的输出与输入电压的函数关系，根据需要选择运算电路 复习提问： 　　　 什么是集成运算？ 1. 功率放大电路的特点第一节　功率放大电路概述一、对功率放大电路的要求1. 功率放大电路的特点 功率放大电路是一种能够向负载提供足够大的功率的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。 管子工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带载能力要强。 null 2、要解决的问题 （1）提高转换效率：在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的输出功率； （2）减小失真：工作于大信号状态容易产生非线性失真。在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。 （3）功放管的保护：管子工作在接近极限状态。耗散功率最大接近PCM，所以功放管的散热性要好。 null 无本质的区别，都是能量的控制与转换。不同之处在于，各自追求的指标不同：电压放大电路追求不失真的电压放大倍数；功率放大电路追求尽可能大的不失真输出功率和转换效率。 3、主要技术指标 （1）最大输出功率Pom ：在电路参数确定的情况下负载可能获得的最大交流功率。 4、分析方法 工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。BackNextHome 思考题：功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？null关于“功率放大电路与电压放大电路的比较” 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，要求带负载能力要强。具体来说，有以下方面的区别： A).本质相同 电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。 功率放大电路: 主要输出较大的功率。 但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。 因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。区别只不过是强调的输出量不同而已。 nullB). 任务不同 电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。 在小信号状态下工作. 功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。 在大信号状态下工作。 C).指标不同 电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗. 功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。 D).研究方法不同 电压放大电路：图解法、等效电路法 功率放大电路：图解法 二. 晶体管的工作状态二. 晶体管的工作状态BackNextHome 三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：乙类： = 180°甲类：  = 360°甲乙类：180°< < 360°丙类：  < 180° 思考题：功率放大电路中电源的功率除了提供给负载外，其余的消耗在什么地方？ 思考题：功放中的功放管采用哪种工作状态最合适？ 提高功放效率的根本途径是减小功放管的功耗。 采用甲乙类工作状态最合适，因为甲类效率太低，丙类失真太大，乙类会产生交越失真。nullQ （交流负载介于甲与乙之间）Q（交流负载线中点附近）Q （交流负载线截止点） 乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。null一、乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)1、电路的结构特点iC1iC1第二节　互补对称功率放大电路1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2. 双电源供电。3. 输入输出端不加隔直电容。null2、电路工作原理ui > 0 V1 导通 V2 截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui < 0 V2 导通 V1 截止iC1io = iE2 = iC2, uO = iC2RLui = 0 V1 、 V2 截止null乙类放大的输入输出波形关系:死区电压交越失真：输入信号 ui在零点前后，输出信号出现的失真为交越失真。null问题： 　　当输入电压小于死区电压时， 三极管截止，引起 交越失真。交越失真输入信号幅度越小失真越明显。null(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 乙类放大的特点：null令则：时管耗最大，即：每只管子最大管耗为 0.2Pom5. 选管原则PCM > 0.2 PomU(BR)CEO > 2VCCICM > VCC / RL4. 管耗null例 8.1.1 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PC1， 并选管。[解]PDC=2V2CC / RL= 2  242 // (  8) = 45.9 (W)null= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W)U(BR)CEO > 48 VICM > 24 / 8 = 3 (A)可选：U(BR)CEO = 60  100 VICM = 5 APCM = 10  15 Wnull二、 甲乙类互补对称功率放大电路1、甲乙类双电源互补对称功率放大电路克服交越失真思路：电路：null 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 均处于微弱导通状态。克服交越失真的措施：null+USC-USCULuiiLRLT1T2 动态时 设 ui 加入正弦信号。 正半周， T1 截止，T2 基极 电位进一步提高，进入良 好的导通状态；负半周， T2截止，T1 基极电位进一 步提高，进入良好的导通 状态。从而克服死区电压 的影响，去掉交越失真。null当 ui = 0 时，V1、V2 微导通。当 ui < 0 ( 至 )， V1 微导通  充分导通  微导通；V2 微导通  截止  微导通。当 ui > 0 ( 至 )， V2 微导通  充分导通  微导通； V1 微导通  截止  微导通。null克服交越失真的电路null实际电路null二、功率和效率1. 输出功率最大不失真输出电压、电流幅度：最大输出功率最大输出功率2. 电源功率PDC = IC1VCC + IC2VEE= 2IC1VCC= 2VCCUom/RL最大输出功率时：PDC = 2V 2CC / RLPDC = 2V 2CC / RL3. 效率PDC = 2VCCIcm / 实际约为 60%最大输出功率时：null三、甲乙类单电源互补对称放大电路— OTL电路(Output Transformerless )E电容 C 的作用：1)充当 VCC / 2 电源2)耦合交流信号Knull当 ui = 0 时:当 ui > 0 时：V2 导通，C 放电，V2 的等效电源电压  0.5VCC。当 ui < 0 时：V1导通，C 充电，V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。null 2．自举电路 单电源互补对称电路存在的问题 单电源互补对称电路解决了工作点的偏置和稳定问题。但输出电压幅值达不到Vom= VCC/2。 RLRBD4+VCCD5V1V2CERERB1RB2+ uo + ui +++CDV3Knull （2）实际情况 当ui为负半周时，T1导电，因而iB1增加，由于R3上的压降和vBE1的存在，当K点电位向+VCC接近时，T1的基流将受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1输向负载的电流，使RL两端得不到足够的电压变化量，致使Vom明显小于VCC/2。 Knull 解决上述矛盾方法是如果把图1中D点电位升高，使VD >+VCC，例如将图中D点与+VCC的连线切断，VD由另一电源供给，则问题即可以得到解决。通常的是在电路中引入R3、C3等元件组成的所谓自举电路，如图所示。 null（2）工作原理 在图中，当vi =0时，vD= VCC-Ic3 R3 ，而vK= VCC/2，因此电容T1两端电压被充电到VC3= VCC/2 - Ic3 R3。当时间常数R3C3足够大时，vC3（电容C3两端电压）将基本为常数（vC3≈VC3），不随vi而改变。null这样，当vi为负时，T1导电，vK将由VCC/2向正方向变化，考虑到vD= vC3+ vK，显然，随着K点电位升高，D点电位vD也自动升高。因而，即使输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使T1充分导电。这种工作方式称为自举，意思是电路本身把vD提高nullOCL 电路和 OTL 电路的比较null8.2　集成功率放大器 　　及其应用 引　言 8.2.2 DG810 集成功放及其应用 8.2.3 TD2040 集成功放及其应用 8.2.1 LM386 集成功放及其应用null组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路特点：输出功率大、效率高有过流、过压、过热保护引　言null8.2.1 LM386 集成功放及其应用1. 典型应用参数：直流电源：4  12 V额定功率：660 mW带 宽：300 kHz输入阻抗：50 k1 2 3 48 7 6 5引脚图null2. 内部电路1. 8 开路时， Au = 20 (负反馈最强)1. 8 交流短路 Au = 200 (负反馈最弱)电压串联负反馈nullV1、V6 ：V3、V5：V2、V4：射级跟随器，高 Ri双端输入单端输出差分电路恒流源负载V7 ~ V12：功率放大电路V7 为驱动级(I0 为恒流源负载)V11、V12 用于消除交越失真V8、V10 构成 PNP  准互补对称null3. 典型应用电路null输出电容(OTL)频率补偿，抵消电 感高频的不良影响防止自激等调节电压放大倍数null8.2.2 DG810 集成功放及其应用— 标准音频功率放大功率大、噪声小、频带宽、 工作电源范围宽、有保护电路输出电容输入 偏置交流负反馈频率补偿，防自激等自举电容频率补偿 防自激等+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C1C8C7C4C5C65 F100 k.01 F100 F1000 pF0.1 F4 56 4 700 pF10100 F100 F100 R3R21000 F100 FC101 电源滤波null8.2.3 TD2040 集成功放及其应用 特点：输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护参数：直流电源： 2.5 ~ 20 V开环增益：80 dB功率带宽：100 kHz输入阻抗：50 k输出功率：22 W (RL = 4 )双电源(OTL)应用大电容滤除低频成分小电容滤除高频成分null单电源(OTL)应用：交流电压串联负反馈使 U1 = 0.5VCC30 dBnull1. 功率管的工作类型2. OCL 和 OTL 功放电路的特性null结构简单，效率高， 频率响应好，易集成结构简单，效率高，频率 响应好，易集成，单电源双电源， 电源利用率不高输出需大电容， 电源利用率不高最大输出功率直流电源消耗功率效率最大管耗nullnullnullnullnullnull TDA2030简介： TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括TDA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。 TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不适当地进行使用）。 nullTDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。 TDA2030 在电源电压±14V，负载电阻为4Ω时输出14瓦功率（失真度≤0．5％）；在电源电压 ±16V，负载电阻为4Ω时输出18瓦功率（失真度≤0．5％）。该电路由于价廉质优，使用方便，并正在越来越广泛地应用于各种款式收录机和高保真立体声设备中。该电路可供低频课程设计选用。 null工作原理: 用两块TDA2030 组成如图1所示的BTL功放电路，TDA 2030（1）为同相放大器，输入信号Vin通过交流耦合电容C1馈入同相输入端①脚，交流闭环增益为KVC①＝1＋R3 / R2≈R3 / R2≈30dB。R3 同时又使电路构成直流全闭环组态，确保电路直流工作点稳定。TAD 2030（2）为反相放大器，它的输入信号是由TDA 2030（1）输出端的U01 经R5、R7分压器衰减后取得的，并经电容C6 　后馈给反相输入端②脚，它的交流闭环增益KVC②＝R9 / R7//R5≈R9/R7≈30dB。由R9＝R5，所以TDA 2030（1）与TDA 2030（2）的两个输出信号U01 和U02 应该是幅度相等相位相反的，即： U01≈Uin·R3 / R2 U02≈－U01·R9 / R5 ∵ R9＝R5 ∴ U02 ＝－U01 nullnullTL 功放电路能把单路功放的输出功率（PMONO）扩展4倍，但实际上却受到集成电路本身功耗和最大输出电流的限制，该电路若在VS＝±14V工作时，PO＝28W。 若在VS＝±16V或±18V（TDA 2030A）工作时，输出功率会增加，但调试中应密切注视两块电路输出端（④脚 ）的直流电平，它们对地的电平都近似为零，为 图 1 BTL 功放电路nullnull