第04章 功率放大电路.ppt

第四章功率放大电路 模拟电子技术基础 第四章功率放大电路 4 1功率放大电路的主要特点 4 2互补对称式功率放大电路 4 3采用复合管的互补对称式放大电路 4 4集成功率放大器 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 4 1功率放大电路的主要特点 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 T Ub uo1 对功率放大电路的要求 1 根据负载要求 提供足够的输出功率 最大输出功率 2 具有较高的效率 PO 负载上得到的交流信号功率 PV 电源提供的直流功率 3 尽量减小非线性失真 功率放大电路的分析方法 图解法 分析功放电路时应注意的问题 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 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 不合适 因为效率太低 估算射极输出器的效率 设RL RE 为使输出信号的幅值尽可能大 要保证不失真 静态工作点 Q 靠近负载线的中部 直流负载线 交流负载线 uo的取值范围 静态工作点 若忽略晶体管的饱和压降和截止区 输出信号uo的最大峰值只能为 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 放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大 如何解决效率低的问题 办法 降低Q点 缺点 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 4 2互补对称式功率放大电路 OTL OutputTransformerLess OCL OutputCapacitorLess 互补对称 电路中采用两只晶体管 NPN PNP各一只 两管特性一致 类型 4 2 1电路组成和工作原理 一 OTL互补对称电路 1 OTL乙类互补对称电路 电路特点 2 单电源供电 3 输入输出加有大电容 静态分析 调整R1和R2 使静态时基极 发射极电位均为0 5VCC 则电容C2两端电压也为0 5VCC 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 动态分析 加入正弦波输入信号ui后 基极电压UB 0 5VCC ui T1导通 T2截止 T1截止 T2导通 时 若输出电容足够大 C2上电压基本保持在0 5VCC 负载上得到的交流信号正负半周对称 但存在交越失真 时 在导通时间内 每个管子的最大输出电压 集电极电流iC的最大值为 优点 1 效率高 2 输出电阻小 带负载能力强 缺点 输出波形失真严重 交越失真 措施 采用甲乙类互补对称电路 2 OTL甲乙类互补对称电路 调节R 使静态UAQ 0 5VCC D1 D2使B1和B2之间的电势差等于2个二极管正向压降 克服交越失真 静态时 ui 0 T1和T2的发射结各加了一个偏压 二极管的导通电压 因此两管处于微微导通状态 但iL iC1 iC2 0 动态时 设ui加入正弦信号 正半周时T2截止 T1基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 负半周时T1截止 T2基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为 甲乙类放大 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 OTL互补对称电路的缺点 1 由于大电容的存在 在低频时容易产生频率失真 2 由于大电容的电感效应 高频时将产生相移 3 无法线性集成 克服措施 采用OCL互补对称电路 OTL甲乙类互补对称电路的集电极最大电流仍为 二 OCL互补对称电路 动态分析 设ui加入正弦信号 正半周时T2截止 T1基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 负半周时T1截止 T2基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 采用双电源供电 静态时两管发射极及A点电位均为0 OCL互补对称电路的集电极最大电流为 4 2 2互补对称电路主要参数的估算 一 OCL互补对称电路主要参数的估算 1 最大输出功率 假设三极管的特性曲线对称 对OCL乙类和甲乙类互补对称电路 均有 当UCES VCC时 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 2 效率 最大效率为 1 集电极最大允许电流ICM 3 三极管的极限参数 2 集电极最大允许反向电压U BR CEO 或 当T2导通时 T1截止 此时T1的集电极承受反向电压 当T2饱和时 T1的集电极反向电压最大 此时 3 集电极最大允许耗散功率PCM 当ui 0时 三极管基本不导通 Po 0 PT 0 PT 三极管的耗散功率 当ui Uim时 uo Uom VCC UCES VCC Po Pom PT未达到最大 当Uom 0 6VCC时 PT达到最大 即PT PTm 而 二 OTL互补对称电路主要参数的估算 1 最大输出功率 假设三极管的特性曲线对称 对OTL乙类和甲乙类互补对称电路 均有 当UCES 0 5VCC时 电源提供的直流功率 因此 当忽略饱和压降时 2 效率 1 集电极最大允许电流ICM 3 三极管的极限参数 2 集电极最大允许反向电压U BR CEO 当T2导通时 T1截止 此时T1的集电极承受反向电压 当T2饱和时 T1的集电极反向电压最大 此时 3 集电极最大允许耗散功率PCM 同样的分析可知 当忽略UCES时 每个三极管的最大管耗也为0 2Pom 即为PTm 0 2Pom 故 4 3采用复合管的互补对称式放大电路 采用复合管的目的是 扩大电流的驱动能力 4 3 1复合管的接法及其和 一 复合管的接法 复合原则 保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致 外加电压的极性应保证前后两个三极管的发射结均为正向偏置 集电结均为反向偏置 1 复合管的 二 复合管的和 1 由相同类型的三极管组成的复合管 2 复合管的rbe 2 由不同类型的三极管组成的复合管 3 几点结论 1 由两个相同类型的三极管组成的复合管 其类型与原来相同 复合管的 2 由两个不同类型的三极管组成的复合管 其类型与前级三极管相同 复合管的 4 3 2复合管组成的互补对称放大电路 缺点 NPN和PNP型三极管难以做到特性互补对称 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 4 3 3实际的功率放大电路 差分放大级 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 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 实用的OTL互补输出功放电路 调节R 使静态UAQ 0 5VCC 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 4 4集成功率放大器 特点 温度稳定性好 电源利用率高 功耗较低 非线性失真较小 工作可靠 使用方便等 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 12 26V 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 集成功放LM384外部电路典型接法 调节音