8第八章功率放大器 北理考研复习资料 模电课件

8 1 电子技术 第八章功率放大器 模拟电路部分 8 2 第八章功率放大器 8 1概述 8 2互补对称功率放大电路 8 3实际功放电路 8 4集成功率放大器 8 5变压器耦合式功放电路 8 3 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 8 1概述 8 4 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 8 5 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 8 6 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 7 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 8 8 射极输出器效率的估算 设RL RE 8 9 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 8 10 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 8 11 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 8 12 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 8 2互补对称功率放大电路 8 13 8 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 8 14 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 8 15 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 8 16 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 8 17 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 8 18 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 8 19 效率为 结论 OCL电路效率较高 电流 电压波形存在失真 8 20 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 8 21 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 8 22 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 8 23 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 8 24 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 8 25 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 8 26 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定 方式二 8 27 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 8 28 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 8 29 8 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 8 30 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 8 31 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 8 32 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 8 33 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 8 3实际功放电路 8 34 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 8 35 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 8 36 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 8 4集成功率放大器 8 37 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 8 38 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 8 39 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 8 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 8 40 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 8 41 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 8 42 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 8 43 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 8 44 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近似为正弦波 ui