补充功率放大电路.ppt

,Home,9.功率放大电路,9.1 功率放大电路概述,9.2 互补功率放大电路,本章主要讲述功率放大电路的基本原理和基本分析方法。重点掌握功率放大电路的有关基本概念：晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态，最大输出功率，转换效率，交越失真等；掌握OCL的工作原理，并估算最大输出功率和效率；正确理解功率放大电路的组成原则，了解功放管的选择方法。,Home,内容简介,9.功率放大电路,例1： 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。,9.1 功率放大电路概述,（3）功放管的保护：管子工作在接近极限状态。,Home,Next,9.1 功率放大电路概述,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。,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。,1. 功率放大电路的特点,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。,9.1 功率放大电路概述,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。,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。,Back,Next,Home,（2）转换效率 ：最大输出功率与电源提供的功率之比，即,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？,9.1 功率放大电路概述,Back,Next,Home,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。,2. 晶体管的工作状态,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。,9.1 功率放大电路概述,Back,Next,Home,变压器耦合乙类推挽功率放大电路,优点：可以实现阻抗变换。,缺点：体积庞大、笨重、消耗有色金属，且效率较低（变压器损耗），低频和高频特性都差。,3. 功放的几种基本电路形式,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。,类型：,9.1 功率放大电路概述,Back,Next,Home,无输出电容（OCL）乙类互补对称功率放大电路,优点：直接耦合，频率特性好。,缺点：双电源供电。,9.1 功率放大电路概述,Back,Home,无输出变压器（OTL）乙类互补对称功率放大电路,优点：单电源供电。,缺点：低频特性差。,静态时：基极电位为Vcc/2，由于电容C 的容量足够大，若初始电压为0，则基极电压通过T1管发射结向电容C充电，直至近似为Vcc/2为止。 输入信号正半周电源Vcc向T1管供电；输入信号负半周，电容C上存储的电压Vcc/2向T2管供电。,9.2.1 无输出电容的互补对称功放电路,一、工作原理（设ui为正弦波）,电路的结构特点：,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。,动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。,因此，不需要隔直电容。,静态分析：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,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在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。,(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：,思考题： ui可以从A或B点接入吗？,9.2 互补功率放大电路,Next,Home,1. OCL功率放大电路的组成及工作原理,OCL电路的交越失真,仿真,仿真,因为在ui 为0时，晶体管已经处于微导通状态，其导通角大于180o，所以晶体管处于甲乙类工作状态。,三、电路的改进,1. 克服交越失真,交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui uT时晶体管截止。,克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,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 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。,2. OCL电路的输出功率和效率,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,负载RL上的平均功率,电源消耗的平均功率,转换效率,管耗PT,负载RL上的平均功率,电源消耗的平均功率,转换效率,管耗PT,2. OCL电路的输出功率和效率,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,负载RL上电压的最大幅值,此时，有效值为：,当考虑三极管的饱和压降时,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,3. OCL电路中晶体管的选择,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,最大管压降：,集电极最大电流：,集电极最大功耗：,9.2 互补功率放大电路,Back,Home,9.2.2 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,设输入端在 0.5USC 直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， UC基本保持在0.5USC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,负载RL上电压的最大幅值,四、输出功率及效率,9.2 互补功率放大电路,Back,Next,Home,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=0.5USC,D1 、 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12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,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：,9.3 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）。,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,7.1 概述,2. 理想集成运放的特点和工作特性,（1）理想集成运放的性能指标,实际集成运放的特性很接近理想集成运放，我们仅仅在进行误差分析时，才考虑理想化后造成的影响，一般工程计算其影响可以忽略。,开环差模增益：,差模输入电阻：,输出电阻：,共模抑制比：,上限截止频率：,失调电压、电流及其温漂：均为0。,Back,Home,Next,7.1 概述,（2）理想集成运放工作于线性区,理想运放工作于线性区：,“虚短”：运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。,Back,Home,Next,“虚断”：运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，