第07章《功率放大器》【改版】.pptx

模拟电子技术基础 电子信息类专业适用 每天进步一点点 功率放大器 第七章 3 第七章 功率放大器 重点 1 功率放大器的特点2 乙类推挽功放的工作原理3 甲乙类推挽功率放大器 难点 1 交越失真的产生及其消除2 甲乙类功率放大器及其改进 要求 1 了解功率放大器的特点与分类2 掌握功率放大器的工作原理与指标分析3 学会选用功率放大管的方法 7 1功率放大器概述 7 2甲类功率放大器 7 3乙类变压器耦合功放 7 4乙类阻容耦合功放 7 5乙类直接耦合功放 第七章 功率放大器 7 6功放实例分析 7 7集成功放简介 7 8功放精品欣赏 对接 本章核心内容 1 功率放大电路的特点 1 要有尽可能大的输出功率 2 效率要高 3 非线性失真要小 4 功放管尽限运用 要加强散热和保护 5 分析方法 图解法分析 功率放大器和电压放大器没有本质的区别 只是依负载情况强调了某一方面而已 2 功率放大器的分类 按照电路的耦合方式分 变压器耦合 阻容耦合 OTL 直接耦合 OCL BTL 按功放管的工作方式分 甲类 乙类 甲乙类 丙类 丁类 戊类 3 功率放大器的指标 1 甲类放大 4 晶体管的工作状态 b 能量转换效率低 特点 c 放大管的导通角 2 静态工作点位置 集电极电流波形 2 乙类放大 b 能量转换效率高 c 输出失真大 特点 d 放大管的导通角 集电极电流波形 静态工作点位置 3 甲乙类放大 a 静态功耗较小 b 能量转换效率较高 c 输出失真较大 特点 d 放大管的导通角 2 t 集电极电流波形 静态工作点位置 三态比较 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 uCE iC O Q1 Q2 Q3 类别工作点波形导通角特点 甲类A类 甲乙类AB类 乙类B类 较高 较低 最低 360 180 180 360 无失真效率低 失真大效率最高 失真大效率较高 1 射随甲类功率放大电路 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 静态工作点 直流电源输出的功率 输出功率 效率 效率很低 静态时 电能全被晶体管和电阻消耗 2 变压器耦合的单管甲类功率放大电路 注意阻抗变换作用 等效阻抗 Zi U1 I1 nU2 I2 n n2U2 I2 n2ZL 阻抗变换 集电极等效的交流负载RL n2ZL 2 变压器耦合的单管甲类功率放大电路 由图解法知 Uom EC ICQ Q UCE IC EC 2EC 直流负载线 IBQ 选管条件 PCM 2PomICM 2EC R LBUCEO 2EC 管耗 PT PE PO PTmax PE 2Pom PTmin Pom 2EC R L 交流负载线 0 集电极等效电阻 R L n2RL 甲类功放详细图解分析 1 电路结构特点 T1 T2管型相同参数对称 T1 T2直流并联 无偏置 静态功耗为0 输入变压器起耦合倒相作用 产生推挽信号 大小相等相位相反的两个信号 输出变压器起耦合 合成信号的作用 c 两只管子交替工作 称为 推挽 a 正半周 T1导通 T2截止 b 负半周 T2导通 T1截止 2 工作原理分析 1 静态 画出直流通路 无偏置 所以 PE 0 2 动态 设 ui Uimsin t 3 图解分析 a 直流负载线 由于变压器绕组直流电阻很小 视为0 b 交流负载线 要考虑变压器的阻抗变换作用 正半周时上管工作 如图 负半周时下管工作 如图 都要考虑变压器的阻抗变换作用 uCE iC2 uCE2 uCE iC2 uCE2 电路的指标分析过程 选管条件 乙类推挽电路的指标 交越失真的产生 交越失真 在两个管子交替工作区域出现的失真称为交越失真 输入信号 输出信号 交越失真波形 属于小信号失真 产生的根源 Q点太低 减小的方法 提高Q点 交越失真的消除 交越失真的消除 交越失真的消除 交越失真的消除 很显然 信号已经不再进入两管的非线性区 交越失真消除 消除交越失真的甲乙类推挽功放 变压器耦合的乙类推挽功率放大器总结 优点 1 效率高 输出功率大2 阻抗变换灵活 缺点 1 体积大 重量重 不利于集成和小型化2 变压器有铜损和铁损 造成信号损耗大 3 低频特性不好 高频特性也不好改进 1 革除变压器 以利于小型化 减少损耗2 用阻容耦合代替变压器耦合 实现OTL 2 工作原理 1 电路组成 正半周T1导通T2截止 如图 负半周T2导通T1截止 如图 C充当电源 T1 T2管型互补参数对称 T1 T2直流串联 无偏置 静态功耗为0 UA VCC 2 电容C充有电压VCC 2 UomM VCC 2 OTL OutputTransformerless 工作过程 3 图解分析 为保证静态无偏置 电路改为右图 两晶体管的输出特性曲线如下 为便于分析 往往将两曲线对接如右下 4 指标分析 输入ui Uimsin t 由于Uom VCC 2 代入公式可得 4 电路存在的问题 乙类交越失真消除的方法 提高Q点 异型大功率管配对难解决的方法 采用复合管 中点电压UA的稳定解决的方法 引入电压负反馈 上管动态范围受限解决的方法 引入自举电路 交越失真 在两个管子交替工作区域出现的失真称为交越失真 输入信号 输出信号 交越失真的产生 属于小信号失真 产生的根源 Q点太低 减小的方法 提高Q点 交越失真的消除 交越失真的消除 交越失真的消除 交越失真的消除 很显然 信号已经不再进入两管的非线性区 交越失真消除 消除交越失真 提高Q点 避过 死区 即可 D1 D2提供起始偏置 使T1 T2静态时微导通 脱离发射结的 死区 也可以用可调电阻替换掉D1 D2来消除交越失真 电路成为甲乙类互补推挽电路 三极管偏置电路 图中 由分压关系知 改变R2的大小可以消除交越失真 也叫UBE倍增电路 消除交越失真的电路演化 1 加偏置电阻 2 串入二极管 3 三极管偏置 异型大功率管参数配对非常困难 小功率管却很容易 利用复合管 达林顿管 巧妙的解决了这个问题 ib1 1 1 ib1 1 1 1 2 ib1 1 1 2 1 2 ib1 1 2 rbe rbe1 1 1 rbe2 2 1 1 ib1 1ib1 ib ic ie 1 2 1 2 ib1 功放管异型配对问题 NPN PNP NPN PNP 构成复合管的规则 1 保证各极电流畅通 2 Uce1不能被Ube2箝位 为解决复合管 轻载失控 现象 一般都接有泄放电阻 ICEO1 2ICEO1 R 泄放电阻 减小 功放管异型配对问题 接入泄放电阻的复合管 电流放大系数会变小 改进后的功放电路 T1 电压推动级 T2 R1 R2 消除交越失真 T3 T4 T5 T6 复合管构成的输出级 T4 T6为同型大功率晶体管 两者特性比较容易对称 合理选择R1 R2大小 b3 b5间便可得到UBE2任意倍数的电压 RP1引入电压负反馈来稳定K点的电压 T2 T4导通时 最大输出电压受限 达不到VCC 2 解决 加自举电路R9C2 使VG VK VC2最高可达3VCC 2 保证了T2 T4的充分饱和导通 扩大了动态范围 G 自举电容 隔离电阻 中点电压的稳定问题 电压负反馈 上管动态范围受限问题的解决 差动放大级 反馈级 偏置电路 共射放大级 UBE倍增电路 消除交越失真 恒流源负载 准互补功放级 保险管 负载 实用的OCL准互补功放电路分析 古贝尔网络 电路特点 1 T1 T2管型互补 2 T1 T2特性对称 3 T1 T2射极输出 1 电路组成 OCL OutputCapacitorless 4 T1 T2供电对称 2 工作原理 当ui 0时 静态分析 T1 T2截止 UA 0 uo 0 静态功耗为零 A 直流通路 1 正半周时 ui 0 则 T1导通 T2截止 电流io方向 动态分析 设ui Uimsin t 输入信号ui 输出信号uo 2 负半周时 ui 0 则 T2导通 T1截止 电流io方向 输入信号ui 输出信号uo 波形合成的过程 T1通 T2通 Uop p 2 VCC UCES O 乙类互补推挽电路图解分析 3 主要指标计算 1 输出功率 设 2 电源供给的功率 集电极平均电流IC AV 为 两个电源供给的总电源功率 3 能量转换效率 实际约为60 4 晶体管的耗散功率 令 得 此时晶体管的管耗最大 达到 此时的输出功率为 P0 0 406Pom 每只管子为 5 选管条件 PCM 0 2Pom U BR CEO 2VCC ICM VCC RL 输入电压的正半周 VCC T1 RL T4 地 输入电压的负半周 VCC T2 RL T3 地 BTL功放是两个OCL功放的对接 输出功率大 供电灵活 但需要差分输入 工作过程如下 例1 已知 VCC VEE 24V RL 8 忽略UCE sat 求Pom以及此时的PE PT 并选管 解 PE 2V2CC RL 2 242 8 45 9 W 0 5 45 9 36 4 9 W U BR CEO 48V ICM 24 8 3 A 选管条件 U BR CEO 60 100V ICM 5A PCM 10 15W BTL电路 OCL电路 阻容耦合 OTL电路 直接耦合 变压器耦合 甲类功放 乙类功放 甲乙类功放 本章小结 NPN PNP 泄放电阻 电压负反馈稳定中点电压 泄放电阻 消除交越失真 音调控制 前置放大 自举 集成功率放大器由集成功放电路和一些外部阻容元件构成 集成功率放大器和分立元件功率放大器相比具有体积小 重量轻 调试简单 效率高 失真小 使用方便等优点 已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大器 功率放大电路的电路形式很多 有单电源供电的OTL功放电路 双电源供电的OCL互补对称功放电路 BTL桥式推挽功放电路等 集成功率放大器种类繁多 下面仅介绍几款常用的 TDA2822M是双声道音频功率放大电路 其电源电压范围宽 1 8 15V 电源电压可低至1 8V仍能工作 因此 该电路适合在低电源电压下工作 适用于单声道桥式 BTL 或立体声线路两种工作状态 闭环电压增益39dB 在独立的双通道模式下当VCC 6VRL 8 谐波失真THD 10 时输出功率可以达到380mw TDA2822M采用8脚双列直插封装结构 管脚排列如下图所示 常用功放简介 1 TDA2822集成功率放大电路 典型应用电路 2 LM386集成功率放大器 1 典型应用参数 直流电源 4 12V 额定功率 660mW 带宽 300kHz 输入阻抗 50k 2 典型应用电路 输出电容 OTL 调节电压放大倍数 3 STK465集成功放 傻瓜功放 展示内容 功率放大器常用晶体管功率放大器傻瓜IC功率放大器发烧器材展示功率放大器外观欣赏功率放大器内部结构欣赏音乐欣赏发烧屋一例名厂简介 有关功放的实物展示 大功率晶体管 傻瓜功放块 瑞士著名的顶级音响品牌GOLDMUND高文推出的 EidosReferenceBlu 蓝光播放机 全球限量生产50台 有钱你也买不到 Goldmund一贯的奢华配置 数码 音频 视频 控制电路独立分组供电 全面杜绝干扰 转盘采用专利 Goldmund转轴系统 片压采用MagneticDamper系统 专利 磁性抑震系统 用于加强读碟处理利用磁场来抑制读碟机械的振动 托盘采用铝和特富龙特制而成 超高强刚性机身采用内部加强钢条块和黄铜组件结合组成 运用航天级铝材装组而成的机壳使用精密加工的铝切削而成 结构十分牢固 铝加铜质合金制造机身消除谐振 确保阅读微细讯号的稳定性 机身重量30公斤 连机座则达到82公斤 不知多少发烧友就是被麦景图McIntosh这两颗迷人的湖蓝色眼睛所迷住 走上了 败家 的不归路 简介 McIntosh 麦景图 于1949年由弗兰克 麦景图 FrankH McIntosh 和哥顿 高 GoldenJ Gow 在美国纽约州创立 在六十年的时间内 麦景图 已经把其名字和象征的音响精神深深的刻划在人们心中 麦景图设计的精确性和其音色的独特性 令发烧友难以抗拒 如痴如醉 凭著 坚持 与 创新 的理念 使 麦景图 拥有昨日的光荣与今日的辉煌 没有哪一个厂家能像 麦景图 一样 既是真空管的鼻祖 又是晶体管与集成电路的先锋 她缔造了真空管音响的黄金时代 担当了音响工业步入晶体管时代的领航者 全球公认的Hi End专利注册技术缔造了音响世界的神话 湖水蓝实时功率输出显示表 McIntoshPowerLevelMeters 它能即时核算并显示高准确度的功率数据 亦成为时至今日厂方品质保证的象徵 多线并绕输出变压器 McIntoshOutputAutoformer reg 频响达到了10Hz 100kHz 时刻电流监察保护线路 McIntoshSentryMonitor reg 微电脑傍路监察多重保护线路 McIntoshPowerGuard reg 使麦景图产品经久耐用品质超群 麦景图高透光度玻璃面板 McIntoshBacklitBackGlassFrontPanel 之所以能够成为世界独有 皆因不惜功本耗资三十多万美元购入高压水力开孔器材 全由人手制造并经过八项生产工序而成 工艺非凡 手工精细而又不易氧化 加上逾十三次的丝网印刷 才令麦景图的标志不易变色及脱色 使用多年仍历久弥新 麦景图 真正的价值在于内在的线路设计和多项专利技术 对产品制造方面的一丝不苟成为她取胜秘诀 令每一件 麦景图 产品都能够成为品质达到近乎完美的艺术珍品 1950推出麦景图前级放大器AE 11951麦景图在纽约冰咸顿市进厂1953推出A116功率放大器及C108前级1954推出MC30功率放大器及C4前级1955推出MC60功率放大器及C8前级1957推出首部麦景图调谐器MR551959成功制造首部麦景图立体声前级放大器C201960成功制造首部麦景图立体声前级放大器C2401962推出第一部调谐 前级放大器MX110 经典作品MC275真空管功率放大器及C22真空管前级同年推出1963首次推出合并式放大器MA2301964带邻市场把晶体管前级晶体化 推出划时代的C24前级1967推出真空管告别作品MC3500后级 正式宣示晶体管年代的来临 包括MC2500 MC2100 MC2105及MC25051369第一部晶体管调谐器MR73诞生1970首批麦景图扬声器诞生 包括ML1 ML2及ML41972MR78调谐器线路获专利1973麦景图扬声器及均衡系统获专利1975举世知名的 Powerguard 微电脑傍路监察多重保护电路获专利 并成功推出一部设有 Powerguard 电路的MC2251977推出C32前级1980推出MC2500功率放大器及XRT20扬声器系统 而XRT20扬声器系统于同年荣获专利1983推出C33前级1985推出第一部CD机MCD70001992推出MC1000单声道旗舰级功率放大器及XR290极品扬声器系统1993推出全套 THX 认可的家庭影院系统 包括C39影音控制中心 MC7160多声道功率放大器及HT系列扬声器1994推出一系列麦景图高级汽车音响1995推出MA6800及MA6400合并式放大器 CR12多区域遥控系统控制中心1997推出世界首创全新分体概念前级C100 首部麦景图有源低音SL1及MAC 3杜比数码环绕声解码器1998推出AC3 DTS解码器MSD41999推出杜比数码DTS THXMX132控制中心 MVP831DVD机 MC200050周年纪念限量型真空管后级放大器2000全系列真平衡后级放大器正式面世 MC202 MC352 M602 C100前级技术启承产品 C41 C42 合并式放大器MA6500 分体式CD系统MDA700解码器及MCD751转盘2001推出MA6900和MC2102放大器 麦景图大事记 日本Accuphase推出的C 3800旗舰前级扩大机 使用BalancedAAVA全平衡式音量控制 使整体表现更全面 动态范围也更大 频率响应 3Hz 200kHz 0 3dB 20Hz 20kHz 0 0 2dB 总谐波失真 0 005 输入灵敏度 252mV输入阻抗 40k欧姆 平衡 20k欧姆 非平衡 讯噪比 113dB消耗功率 55瓦尺寸 477 156 412mm W H D 重量 24 8kg 打开C 3800的木纹外壳 可以看到机箱内部布局对称工整 采取双单声道设计 从变压器 滤波电容开始就是各自独立 左右声道各使用一个环形变压器 并排於机箱中央位置 在变压器的两侧各有6颗Nichicon电容 总容量为120 000 F 10 000 F 12 确保电源纯净且供应无虞 输入缓冲 AAVA电路 平衡输出 耳机扩大 等 玻璃布碳氟化合物树脂 GlassClothFluorocarbonResin 製成的电路板 铜箔表面还有镀金处理 从原厂提供的内部电路板照片来看 还真是金光闪闪 然而 为了