高保真功放实例分析.doc

功放电路实例分析实例一 高保真扩音机准互补对称（OCL）电路 电路说明 电路结构：T1、T2为差放输入级，T3为共射放大级和T4T7组成准互补功率输出级。 R7、D1、D2提供T4T7管偏置电压，克服交叉失真 R1、R6分别构成T1、T2管的基流回路，且R6构成直流负反馈，使整个电路的静态工作点稳定。R6和C3、R5又形成了交流电压串联负反馈，使电压放大倍数稳定，输入电阻增大，输出电阻降低，非线性失真减小。 C6、R9是自举电路，为提高T3推动级集电极输出电压振幅的实现充分利用末级互补对称管的目的。 C5起到频率补偿、消除自身振荡的作用；R14、C7 为了克服扬声器中感性负载的影响，使之接近于纯阻，以保护输出功率管，同时也有助于避免自激。 R10 、 R11为了使输出级得到合适的工作点，同时分别减少T6、T7穿透电流，并增加其击穿电压值。 电路调整 OCL电路输出端A点静态电位应为零。若VA0，应调R2 , VA0时，应将R2 调小 在调整输出端静态电位时，应将扬声器脱开电路，用假负载替代，以免VA0时可能将扬声器烧坏 输入端加正弦信号时，若输出波形产生交叉失真，应先将R7电位器调到最小，然后逐渐增大，使交叉失真刚好消失。若R7过大，有可能使T6、T7电流过大而烧坏管子。在VA=0时调整R7使VA0，所以应将R7和R2交替反复调整，直至VA=0且刚好消除交叉失真。 实例二 *OCL准互补功率放大电路 （演示） 电路说明 电路结构：T1、T2为差放输入级，T4为共射放大级和T7T9、T8T10组成准互补功率输出级。 静态电流：R1和D1、D2先确定了基准电压并与T3、T5组成恒流源。T3提供差放级静态电流，T5是共射放大级的有源负载。T6、R2、R3组成VBE恒压偏置电路，为准互补电路设置静态工作点，克服交叉失真。 RB1和Rf分别构成T1、T2管的基流回路，且Rf构成直流负反馈，使整个电路的静态工作点稳定。Rf和C1、RB2又形成了交流电压串联负反馈，使电压放大倍数稳定，输入电阻增大，输出电阻降低，非线性失真减小。 输出端串接一熔丝BX用来保护功率管、使它们在输出短路时不至于烧毁。 为了得到较大输出功率，就需要有较大幅值的电压信号和一定数值的电流才能推动功放。前置放大器可以用分立元件组成，也可用集成运放来实现。 该电路与实例二主要区别 T7T10的偏置电压采用T6、R2、R3恒压偏置电路。 提高推动级集电极电压振幅不是采用自举电路，而是对推动级的集电极负载用D1、D2、T5管构成有源负载，对直流呈现直流负载很小，而对交流呈现很大的负载。 输出端串接一熔丝BX用来保护功率管、使它们在输出短路时不至于烧毁。 实例三 *集成运放驱动的OCL功放 该电路若取电源为15V时，负载上可获10W功率。 该电路与实例二主要区别：(a)用集成运放替代了分立元件组成的驱动电路。(b)用D1D3为准互补电路设置静态工作点，克服交叉失真。(c)引入电压串联负反馈（经R3）稳定工作点及放大倍数、减小失真实例四 *BTL功放电路 OTL与OCL相比，功放电路效率不低，但电源的利用率却不高，负载上得到最大电压分别为VCC/2和VCC(电源电压分别为VCC和VCC)，问题关键是在输入正弦信号的每半个周期中，电路只有一个晶体管和一半电源在工作。 BTL电路用两组对称的互补电路组成。如下图所示： Ui正半周T1、T4导通，RL上获得正半周信号；Ui负半周时T2、T3同时导通，RL上获得负半周信号。所以忽略晶体管VCE(sat)时，输出VcmVcc，输出的最大功率PomaxVCC2/2RL ，还比原OTL电路提高4倍。要实现两路输出信号反相可以有多种方案，可利用差分放大的两个输出端获得，也可利用单管放大电路从集电极和发射极获得两个极性相反的信号。 BTL功放： (a)两个集成功放5G37组成BTL电路。(b)Ui倒相电路利用3DG6晶体管的集电极和发射极相位相反来实现的。(c)该电路输出功率3W。要注意电路的散热条件。(d)在调节时要使静态时扬声器无直流电流。可通过分别调节R6和R10使两电路输出均为6V。若电路增益不够大可改变反馈电阻R8和R12。 实例五 BTL电路（桥式推挽功放或称平衡式无输出变压器电路） 1.优缺点 优点：电源利用率（理想情况下）是100%，比OTL或OCL电路提高了50% BTL输出功率是OCL或OTL的四倍 缺点：晶体管数目最多，总损耗增大，致使转换效率降低 输入输出信号均无接地点，用时不十分方便 2.应用举例（以LM386集成功放为例） LM386简介 内部电路： 说明： 是一种通用型小功率集成功放，具有低功耗、失真小、电源电压范围广等特点。 T1、T2与T3、T4构成达林顿PNP型输入级T5与T6为集电极镜像电流源负载，输入阻抗为50k。采用这种输入方式时，输入直流电为可接近零。 T7为中间级，其负载为一恒流源，因此具有极高的电压增益。 T8、T9与T10组成准互补输出，其中D1、D2提供静态偏置以消除交越失真。 电路单电源供电，如在、间接一个可调电阻电容串联网络，就可改变功放的增益，其可调范围为20200倍。 LM386供电电压为412V，LM368N供电电压为518V。 LM386在Vcc=6V时可驱动4负载，9V时可驱动8负载，16V时可驱动16负载。 外部引线图 LM386应用LM386组成OTL电路 W1调增益，R8、C3与相位补偿，防自激；C2为电源退耦电容；C4为输出耦合电容；W2控制输入信号的大小。C1、C2可取10F。若增益只需20倍，且电路无自激，则增益调节网络、相位补偿网络及电源退耦网络都可消去，可变成简单的外围应用电路。BTL音频功放 LM386(1)接成同相放大，LM386(2)接成反相放大。因、脚均开路，所以每片LM386的电压增益为20倍，电路总增益为40倍。因两片OTL功放的静态输出都是电源电压+VCC的一半，所以负载上无静态信号。当两片OTL的输入端同时加入信号后，由于两端输出相位相反，因此负载上的电压为单个OTL驱动时输出电压信号的两倍，从而使最大输出功率增大到单个OTL驱动的4倍。 实例六 宽带高频功率放大器(短波通信发射机的三级宽带高频功放)（演示） T1、T2间，T2、T3间采用9：1的传输线变压器进行阻抗变换，T3用4：1的传输线变压器进行阻抗变换。 在短波通信频段内功放各级可以实现不调谐转换波段。为了使放大器的特性好，第二级与第三级均增加了负反馈电路。 这种放大器因为没有谐振回路，应工作在甲类状态。若采用乙类或甲乙类工作，在它后面必须加入适当的滤波器，以滤除谐波 实例七 功率合成电路 该电路是反相功率合成。Tr3和Tr4为魔T混合网络。Tr3为功率分配网络，将输入信号源(D端)提供的功率反相的均等分配给功率管T1和T2，使这两个功率管输出反相等值电流。Tr4为功率合成网络，用来将两个功率管的输出功率相加，而后通过平衡不平衡变换器Tr5馈送到输出负载上。 Tr1为4：1阻抗变换器，Tr2为平衡不平衡变换器，Rc为假负载电阻，吸收不平衡功率之用。实例九 160MHz、13W谐振功率放大器 该功率放大器功率增益达9dB，向负载提供13W功率。 基极采用近似零偏压电路（IB0在Lb直流电阻上产生很小的反偏压），使放大器工作在丙类，集电极采用并馈电路。 LC为高频扼流圈，CC为高频旁路电容。C1、C2、L1构成输入T型匹配网络，调节C1和C2可使本级输入阻抗等于前级放大器要求的50匹配电阻，以传输最大功率。 L2、C3、C4构成输出L型匹配网络，调节C3、C4可使50的负载阻抗变换为功率放大器所要求的匹配电阻Re。实例十 175MHzVMOS场效晶体管谐振功放电路该电路功率增益10dB，效率大于60%，可向负载提供10W功率。 栅极采用并馈，漏极采用串馈。 栅极采用C1、C2、C3、L1组成的T形匹配网络。 漏极采用L2、L3、C5、C7、C8组成的形匹配网络。 电路优点：a)动态范围大（电压可达到几百伏，电流达几十安培），其转移特性线性范围大。b）输入阻抗高（可达108），要求输入信号功率小，栅偏流小。c)工作频率高（多子导电，不存在少子储存效应）。d）漏极电流的负温度系数可以防止二次击穿。 谐振功率放大器可以用作倍频器。如实现n倍频，只要将输出LC回路调谐在n频率上（为输入信号频率）。小 结1、功率放大电路是以输出功率为主要任务的放大电路。对功率放大器的要求是：在允许的失真范围内，满足所要求的输出功率，同时尽量减小晶体管的功耗，以提高放大器的效率，并保证功放管安全可靠的工作。2、为了提高输出功率，管子处于“极限运用”状态，这就决定了分析方法不同于小信号放大电路。小信号电路一般采用等效电路法，而功放则必须采用图解法。3、变压器耦合单管甲类功率放大电路，效率低(理想值为50%),为了提高效率，减小导通时间(使流通角90)，采用变压器耦合乙类推挽电路，最高效率可达78.5%。但乙类推挽电路的特殊问题是“交叉失真”，克服的办法是给推挽管的两个基极间加一适当的正向偏压，使两管处于微导通状态，这样两管实际工作在甲乙类(即90180)。 变压器耦合乙类推挽功率放大器，由于采用了变压器，体积大，笨重，频带窄，且不易集成化，所以现在大量使用的都是无输出变压器耦合的OTL或OCL电路。 4、变压器耦合甲类单管功放能量计算。见表11变压器耦合甲类单管功放能量计算5、双电源供电互补对称电路(OCL)能量计算。见表12双电源供电互补对称电路（OCL）能量计算对于单电源供电的互补对称电路（OTL），只要将上述公式中的VCC换成(1/2)VCC即可。6、宽带高频功放 若把传输线绕在高频磁环上就构成了传输线变压器.常用的传输线变压器有: (1) 1:1倒相器(2) 1:1平衡与不平衡变换器 (3) m:1阻抗变换器和1:m阻抗变换器其中阻抗变换比不能任意选择， m=(1+n)2,其中 n=0, 1, 2, .传输特性阻抗ZC=V/I。 o m:1传输线变压器一般构成原则是:有n个1:1理想传输线变压器与一根短路线始端相串,终端相并构成。 o 1:m 传输线变压器一般构成原则是:有n个1:1理想传输线变压器与一根短路线始端相并,终端相串构成。 宽带高频功率合成： 若用阻抗特性ZC=R的4:1(或1:4)的传输线变压器构成混合网络成为魔T型网络。它有四个端口A、B、C(和端)、D(差端)端。对理想魔T型网络应满足各端对地的负载电阻分别为 RA=RB=R, RC=R/2, D端平衡电阻RD=2R 魔T型网络能完成: A) 功率合成1)同相功率合成，若有等值同相的两个功率分别加在A, B端,则在C(和)端即可得到同相功率合成, 而D(差)端功率为零。2)反相功率合成，若有等值反相的两个功率分别加在A, B端,则在D(差)端即可得到反相功率合成, 而C(和)端功率为零，说明A与B及C与D之间是彼此隔离的。B) 功率分配1)同相功率分配，若在C(和)端加一功率则在A端和B端得到等值同相的两个功率,D(差)端为零,实现同相功率分配。2)反相功率分配，若在D(差)端加一功率则在A端和B端得到等值反相的两个功率,C(和)端为零,实现反相功率分配。7、丙类谐振功率放大器 放大器的效率决定放大器的工作状态。谐振功率放大器工作在丙类，流通角80%。集电极电流ic为脉冲波，但由于谐振回路的选频滤波作用，输出电压仍为正弦波。 谐振功放的工作状态由VBB、Vbm、VCC和Re四个变量决定，工作状态分欠压，临界和过压三种。 VCC、Vbm、VBB不变，放大器特性随Re变化的特性称为负载特性。当Re=Reopt，工作在临界状态时，输出功率最大；工作在弱过压状态时，效率最高。 Vbm、Re不变，放大器特性随VCC或VBB变化的特性为调制特性。集电极调幅工作在过压状态，基极调幅工作在欠压状态。 VCC、VBB、Re不变，放大器特性随Vbm变化的特性为放大特性。要放大信号需工作