功率放大电路

nullnull5.2　乙类双电源互补对称功率放大电路5.4　集成功率放大器5.1 功率放大电路的一般问题5.3 甲乙类互补对称功率放大电路第5章 功率放大电路null 教学要求： 本章需要重点掌握典型功放电路最大 输出功率、效率、管耗的分析计算和功放管选择。教学： 本章以分析功率放大电路的输出功率、效率和非线性失真之间的矛盾为主线，逐步提出解决矛盾的措施。在电路方面，以互补对称功率放大电路为重点进行较详细的分析与计算。null 功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪指针偏转、电动机旋转等。5.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。例： 扩音系统null对功率放大电路的基本要求(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 null(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。null电压放大电路的要求三极管工作在放大状态主要讨论的是电压增益、输入和输出电阻等不失真功率放大的特殊要求 Pomax 大，三极管尽限工作 = Pomax / PDC 要高非线性失真要小管耗尽可能小与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别null晶体管的工作状态甲类工作状态 晶体管在输入信号 的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。乙类工作状态 晶体管只在输入信号 的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小效率高。甲乙类工作状态 晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。null射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论:null射极输出器效率低的原因 ：一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真 。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：null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null二、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。null交流通道ib1ui>0ui<0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nullOTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互补对称功放的类型：null无输出变压器的互补对称功放电路(OTL)1、特点1. 单电源供电；2. 输出加有大电容。2、静态分析则 T1、T2 特性对称，令：null3、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）设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号null4、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：null实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UA=0.5USCD1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1 、 Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用null互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 对称电源：+UCC，-UCC 组成互补对称式射极输出器NPN型PNP型5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL) (OCL — Output Capacitorless)nullnull1、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  0VT1截止，T2导通ui > 0VT1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。null2、 交越失真 当输入信号ui为正弦波时， 输出信号在过零前后出现的 失真称为交越失真。 交越失真产生的原因 由于晶体管特性存在非线性， ui < 死区电压晶体管导通不好。　采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施null输入输入波形图死区电压null(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间于半个周期 ； (3) 存在交越失真。 特点：null3、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：null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：UCC1 =UCC2 =UCCnull效率为：null每只管子最大管耗为 0.2Pom4.功率三极的选管原则最大允许管耗: PCM > 0.2 Pom最大耐压值: U(BR)CEO > 2VCC.最大集电极电流: ICM > VCC / RLnull例 1 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC、PT1， 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 Wnull5.3 甲乙类互补对称功率放大电路一、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：利用二极管进行偏置的互补对称电路null当 ui = 0 时，T1、T2 微导通。 ic1= ic2, v0=0当 ui < 0 ( 至 )，T2 微导通  截止  微导通。当 ui > 0 ( 至 )，T1 微导通  截止  微导通。T1 微导通  充分导通  微导通；T2 微导通  充分导通  微导通； null克服交越失真的电路： 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；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null波形关系：特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。 null为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。2. UBE电压倍增电路 合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。 图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则null3. 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null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。null 如图所示，T3 组成前置放大级，T2和T1组成互补对称电路输出级。静态时，通常K点电位VK = VC = VCC/ 2。为了提高电路工作点的稳定性能，常将 K 点通过电阻分压(R1,R2)与前置放大电路的输入端相连，以引入负反馈。其最终结果是使VK趋于稳定。R1,R2 引入了交流负反馈，改善了性能指标。 二、甲乙类单电源互补对称电路nullnull 在上图中，假定由于温度的变化使VK，则 VK VB3 B3  C3  VC3  VK 电路中电容C的作用： a.假定信号的半周期中，T1+, T2-, C充电。 b.在信号的下一个周期中，T1-, T2+,VCC断，C放电。null5.4　集成功率放大器及其应用 引　言一、集成运放内部的功率放大器 三、 LM384 集成功放及其应用 二、 LM386 集成功放及其应用null集成功率放大器组成：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null一、集成运放内部的功率放大器null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）。null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 负载准互补功放级保险管负载实用的OCL准互补功放电路：RC低通null二、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3. 典型应用电路null三、集成功率放大器LM384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。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 null集成功放 LM384管脚说明:null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null1. 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2. OCL 和 OTL 功放电路的特性