第八章.功率放大电路ppt.ppt

二 微分运算电路 图7 2 18基本微分电路 由于 虚断 i 0 故iC iR 又由于 虚地 u u 0 可见 输出电压正比于输入电压对时间的微分 实现波形变换 如将方波变成双向尖顶波 1 基本微分运算电路 微分电路的作用 微分电路的作用有移相功能 2 实用微分运算电路 基本微分运算电路在输入信号时 集成运放内部的放大管会进入饱和或截止状态 以至于即使信号消失 管子还不能脱离原状态回到放大区 出现阻塞现象 图7 2 19实用微分运算电路 比例积分运算电路 PI调节器 比例微分运算电路 PD调节器 比例 积分 微分运算电路 PID电路 对数和反对数运算电路 对数运算电路 反对数运算电路 其中 IES是发射结反向饱和电流 vO是vS的对数运算 1 对数运算电路 利用PN结的指数特性实现对数运算 BJT的发射结有 注意 vS必须大于零 电路的输出电压小于0 7伏 利用虚短和虚断 电路有 当时 vO是vS的反对数运算 指数运算 2 反对数运算电路 利用虚短和虚断 电路有 要求 以上两个电路温漂很严重 实际电路都有温度补偿电路 电流 电压变换器 由图可知 可见输出电压与输入电流成比例 输出端的负载电流 电流 电压变换电路 电压 电流变换器 由图 a 可知 所以输出电流与输入电压成比例 a 负载不接地 b 负载接地 b 负载接地 可解得 对图 b 电路 R1和R2构成电流并联负反馈 R3 R4和RL构成构成电压串联正反馈 由图 b 可得 讨论 1 当分母为零时 iO 电路自激 2 当R2 R1 R3 R4时 则说明iO与vS成正比 实现了线性变换 电压 电流和电流 电压变换器广泛应用于放大电路和传感器的连接处 是很有用的电子电路 乘法和除法电路 由对数及指数电路组成的乘除电路 乘法电路的输出电压正比于其两个输入电压的乘积 即 uo uI1uI2 求对数 得 再求指数 得 所以利用对数电路 求和电路和指数电路 可得乘法电路的方块图 对数电路 对数电路 uI1 uI2 lnuI1 lnuI2 求和电路 lnuI1 lnuI2 指数电路 uO uI1uI2 同理 除法电路的输出电压正比于其两个输入电压相除所得的商 即 求对数 得 再求指数 得 所以只需将乘法电路中的求和电路改为减法电路即可得到除法电路的方块图 对数电路 对数电路 uI1 uI2 lnuI1 lnuI2 减法电路 lnuI1 lnuI2 指数电路 模拟乘法器 输出电压正比于两个输入电压之积 uo KuI1uI2 比例系数K为正值 同相乘法器 比例系数K为负值 反相乘法器 变跨导式模拟乘法器 是以恒流源式差动放大电路为基础 采用变跨导的原理而形成 分类 四象限 二象限 单象限乘法器 变跨导式模拟乘法器的原理 恒流源式差动放大电路的输出电压为 当IEQ较小 电路参数对称时 所以 结论 输出电压正比于输入电压uI1与恒流源电流I的乘积 设想 使恒流源电流I与另一个输入电压uI2成正比 则uO正比于uI1与uI2的乘积 当uI2 uBE3时 即 变跨导式乘法器原理电路 乘法模拟器的应用 1 平方运算 图6 5 8 2 除法运算 因为i1 i2 所以 则 3 倍频 若乘法器的两输入端均接正弦波电压 即 则乘法器输出电压为 4 功率测量 将被测电路的电压信号和电流信号分别接到乘法器的两个输入端 则输出电压即为被测电路的功率 在输出端接一隔直电容 可得二倍频余弦电压 5 1功率放大电路的一般问题 5 2乙类互补对称功率放大电路 5 3甲乙类互补对称功率放大电路 5 4集成功率放大器 5 5功率器件 5功率放大电路 甲乙类双电源互补对称电路 甲乙类单电源互补对称电路 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 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 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 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 5 1功率放大电路的一般问题 1 功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路 因此 要求同时输出较大的电压和电流 管子工作在接近极限状态 2 要解决的问题 提高效率 减小失真 管子的保护 一般直接驱动负载 带载能力要强 3 提高效率的途径 降低静态功耗 即减小静态电流 功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗 4 三种工作状态 三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况 可分为几个工作状态 乙类 导通角等于180 甲类 一个周期内均导通 甲乙类 导通角大于180 丙类 导通角小于180 用哪种组态的电路作功率放大电路最合适 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 5 2乙类双电源互补对称功率放大电路 一 工作原理 设vi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 5 2乙类双电源互补对称功率放大电路 动态分析 vi 0V T1截止 T2导通 vi 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 vi 0V T1 T2均不工作 vo 0V 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vi在过零前后 输出信号出现的失真便为交越失真 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 二 乙类放大的特点 三 分析计算 1 输出功率Po 最大输出功率Pomax 三 分析计算 2 电源供给的功率PV 3 效率 当 三 分析计算 3 管耗PT 两管管耗 最大管耗与最大输出功率的关系 选管依据之一 5 3甲乙类互补对称功率放大电路 乙类互补对称电路存在的问题 实际测试波形 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 vi vT时晶体管截止 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 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 5 3 1甲乙类双电源互补对称电路 1 静态偏置 可克服交越失真 2 动态工作情况 二极管等效为恒压模型 理想二极管 设T3已有合适的静态工作点 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VBE电压倍增电路替代 3 VBE电压倍增电路 合理选择R1 R2大小 B1 B2间便可得到VBE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 5 3 1甲乙类双电源互补对称电路 VBE可认为是定值 R1 R2不变时 VCE也是定值 可看作是一个直流电源 5 3 2甲乙类单电源互补对称电路 1 静态偏置 2 动态工作情况 调整R1 R2阻值的大小 可使 此时电容上电压 在怎样的条件下 电容C才可充当负电源的角色 此电路存在的问题 K点电位受到限制 4 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 1 2 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定 方式二 改进后的OCL准互补输出功放电路 T1 电压推动级 T2 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 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 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 实际功放电路 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 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 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 集成功率放大器 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 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 补充 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 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 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 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 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 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 0时 T2导通 T1截止 ic2经变压器耦合给负载 iL的方向由ic2决定 T1 T2都只在半个周期内工作 存在交越失真 三 甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器 Rb1 Rb2 Re的作用 克服交越失真 功率放大电路自学提纲 1 功率放大电路的主要特点和要解决的主要问题是什么 2 哪种组态的放大电路作为功率放大电路较合适 为什么 3 提高功率放大电路效率的思路是什么 4 单从效率的角度来考虑 哪种工作方式的功放效率最高 5 乙类工作方式存在的突出矛盾是什么 6