第10章 功率放大器.ppt

1 电子技术 功率放大器 模拟电路部分 2 本章重点 讲述功率放大器的组成原则 各种功放的电路特点和优点 OCT电路的组成 工作原理 输出功率和效率的估算及晶体管的选择 本章难点 因 大信号 大功率 使得功率放大电路在电路的组成原则 分析方法 主要参数等方面和小功率放大电路的不同 成为初学者的难点 3 第10章功率放大器 10 1概述 10 2互补对称功率放大电路 10 3实际功放电路 10 4集成功率放大器 10 5变压器耦合式功放电路 4 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 10 1概述 5 例2 温度控制 R1 R3 标准电阻 Ua 基准电压 Rt 热敏电阻 A 电压放大器 Rt T UO 室温T Ub UO1 6 分析功放电路应注意的问题 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 7 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地转换给负载 以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 8 射极输出器的输出电阻低 带负载能力强 但做功放不适合 为什么 解释如下 射极输出器能否做功率放大 9 射极输出器效率的估算 设RL RE 10 若忽略晶体管的饱和压降和截止区 输出信号uo的峰值最大只能为 uo的取值范围 直流负载线 交流负载线 UCEQ 0 5USC 静态工作点 为得到较大的输出信号 假设将射极输出器的静态工作点 Q 设置在负载线的中部 令信号波形正负半周均不失真 如下图所示 11 放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大 1 直流电源输出的功率 2 最大负载功率 3 最大效率 RL RE时 12 如何解决效率低的问题 办法 降低Q点 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 缺点 但又会引起截止失真 13 OTL OutputTransformerLess OCL OutputCapacitorLess 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 10 2互补对称功率放大电路 14 10 2 1无输出电容的互补对称功放电路 OCL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 15 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 16 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 17 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 18 二 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 上的电压和电流的最大幅值分别为 19 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 USC1 USC2 USC 20 效率为 结论 OCL电路效率较高 电流 电压波形存在失真 21 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 22 克服交越失真的措施 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 电路中增加R1 D1 D2 R2支路 23 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 从而克服死区电压的影响 去掉交越失真 24 甲乙类放大的波形关系 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 25 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 以满足不同电路克服交越失真的需要 图中B1 B2分别接T1 T2的基极 假设I IB 则 26 3 电路中增加复合管 增加复合管的目的是 扩大电流的驱动能力 复合管的构成方式 方式一 27 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定 方式二 28 改进后的OCL准互补输出功放电路 T1 电压推动级 T1 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 29 第4级 互补对称射极跟随器 第3级 单管放大器 集成运放内部的功率放大输出级 30 9 2 2无输出变压器的互补对称功放电路 OTL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 31 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 32 四 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 33 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1 2 射极负反馈电阻 也起限流保护作用 34 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 10 3实际功放电路 35 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 36 输出功率的估算 输出电压的最大值约为19 7V 设负载RL 8 则最大输出功率为 实际输出功率约为20W 注 该实用功放电路的详细分析计算请参考 模拟电子技术基础 童诗白主编 37 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 集成功放LM384 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 9 4集成功率放大器 38 集成功放LM384管脚说明 14 电源端 Vcc 3 4 5 7 接地端 GND 10 11 12 接地端 GND 2 6 输入端 一般2脚接地 8 输出端 经500 电容接负载 1 接旁路电容 5 9 13 空脚 NC 39 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 40 利用变压器的阻抗变换功能 可实现功放电路和负载间的匹配 以弥补其它类型功放电路的不足 一 特点 根据公式 需电源电压 90V的电压对电子电路显然不合适 10 5变压器耦合式功放电路 利用变压器阻抗变换关系 RL K2RL 通过改变变压器的匝数比K 使电路得到合适的负载 便可解决以上问题 41 变阻抗 变压器原 副边阻抗关系 从原边等效 结论 变压器原边的等效负载 为副边所带负载乘以变比的平方 42 二 乙类变压器耦合式推挽功率放大器 1 原理电路 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 43 输入变压器 将输入信号分成两个大小相等的信号 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 44 2 动 静态分析 静态分析 ui 0 T1 T2均截止 iL 0 变压器线圈对于直流相当于短路 45 动态分析 ui 0时 T1导通 T2截止 ic1经变压器耦合给负载 iL的方向由ic1决定 若ui为正弦信号 则iL近似