第八章功率放大电路.ppt

基本要求,1、熟练掌握功放的特点、互补对称功放的工作原理、输出功率及效率的计算。,2、理解功放中有关概念：功率、效率、交越失真3、了解集成功放应用及散热,8.1功率放大电路的一般问题,8.3甲乙类互补对称功率放大电路,*8.4集成功率放大器,甲乙类双电源互补对称电路,甲乙类单电源互补对称电路,8.2乙类互补对称功率放大电路,第八章功率放大电路,8.1功率放大电路的一般问题,8.1.1功率放大电路的主要特点,8.1.2功放要解决的问题,8.1.3功放三种工作状态,8.1.4甲类功率放大器分析,8.1.5提高功放效率的途径,8.1功率放大电路的一般问题,功率放大器的作用：,例：扩音系统,如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,功率放大电路：,向负载提供功率的放大电路。,用作放大电路输出级，驱动执行机构。,8.1.1.功率放大电路的主要特点,1）交直共存,和电压放大电路相同,2）直流能量被转换为交流能量,和电压放大电路不同,提供大输出功率,输入大信号，信号动态范围大，静态电流接近于0,图解法,3）任务,4）工作特点,5）分析方法,6）动态指标,Po、PT、等,不失真放大电压信号,输入小信号，信号动态范围小，有一定静态电流,图解法、小信号法,Av、Ri、Ro等,电压放大电路,功率放大电路,注意:无论功率放大电路还是电压放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，称呼上的区别只不过是强调输出量不同而已。,功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下几个主要特点。,1)输出功率要足够大,如输入信号是某一频率的正弦信号，则输出功率的表达式为,Po=IoUo,改用振幅值表示为,Po=,IomUom,功率放大电路的特点,2)效率要高,功率放大器实质上是一个能量转换器，它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载，因此，要求转换效率高。,式中，Po为信号输出功率，PV是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下，输出信号功率愈大，电路的效率愈高。,功率放大电路的特点,3)非线性失真要小,功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，而且由于三极管是非线性器件，在大信号工作状态下，器件本身的非线性问题十分突出，因此，输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。在实际应用中，要采取措施减少失真，使之满足负载要求。,功率放大电路的特点,4)图解法进行估算,由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路的范围，故不能用小信号微变电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等指标作粗略估算。,功率放大电路的特点,8.1.2.功放要解决的问题,提高效率,减小失真,管子的保护,提高输出功率,8.1.3.功放三种工作状态,三极管根据正弦信号整个一周期内的导通情况，可分为几个状态：,乙类：,甲类：,导通角大于180,#哪种状态电路作功放最合适？,一个周期内均导通,有直流基础，BJT静态导通,半个周期内均导通,无直流基础，BJT静态截止,#哪种状态电路作压放最合适？,甲乙类：,1）三极管的静态功耗：,若,则,8.1.4.甲类功率放大器分析,电源提供的平均功耗：,2）动态功耗,（当输入信号vi时）,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom和Iom都要大。,最大输出功率,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点：,静态功率大，输出功率小，效率低,1、无信号时，仍有电流流入，电能全部转为高热量。2、有信号时，部分功率可进入负载，但许多仍转变为热量。,甲类功率放大器的优点：,具有最佳的线性，每个输出晶体管均放大信号全波，不存在交越失真（SwitchingDistortion），播音频的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬，这些优点足以补偿它的缺点,8.1.5.提高功放效率的途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,甲类电路Q点较高，静态电流较大，消耗了大量功率。,ui0V,T1截止,ui0V,T1导通,如何解决乙类电路失真问题？,假设Vbe=0V,5.提高功放效率的途径：降低Q点,互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。,解决乙类电路失真方案,NPN型,PNP型,解决乙类电路失真,ui0V,T1导通，T2截止,假设Vbe=0V,NPN型,PNP型,解决乙类电路失真,ui0V,T1截止，T2导通,NPN型,PNP型,假设Vbe=0V,8.2乙类双电源互补对称功率放大电路,8.2.1电路组成,8.2.5乙类互补对称电路存在的问题,8.2.2工作原理,8.2.3分析计算,8.2.4功率BJT选择原则,8.2.1.电路组成,4、输入输出不加隔直电容，也称为OCL互补功率放大电路。,1、采用正、负双电源供电,2、由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成,3、由三极管组成的射极输出器工作在乙类状态,特点：,互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。,静态时：,ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）uo=0V,动态时：,ui0V,T1截止，T2导通,ui0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。,8.2.2.工作原理,8.2.3.分析计算,（1）实际输出功率Po,最大不失真输出功率Pomax,最大不失真输出电压时的输出功率,忽略VCES,vo,单个管子在半个周期内的管耗,（2）管耗PT,两管管耗,vo,（3）电源供给的功率PV,当,（4）效率,当,vo,问：Vom=？PT1最大,PT1max=？,用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=0.64VCC处。,（5）最大管耗PTm与Pom关系,PT,PO,PE,将Vom=0.64VCC代入PT1表达式：,保证BJT工作在安全区：,1)PCMPT1max=0.2POmax,2)ICMIc1max=VCC/RL,3)V(BR)CEO2VCC,并注意保证足够的余量,8.2.4功率BJT选择原则：,iO,8.2.5乙类互补对称电路存在的问题,实际测试波形,仿真波形,存在交越失真,死区电压,Vbe1,Vbe2,交越失真,乙类电路存在交越失真原因是什么？,8.3甲乙类互补对称功率放大电路,8.3.1甲乙类双电源互补对称电路,8.3.2甲乙类单电源互补对称电路,静态偏置,增加R1、D1、D2、R2支路,1.克服交越失真的措施：,2.二极管偏置电路,克服交越失真的措施就是避开死区电压区，使每一个晶体管处于微导通状态。,8.3.1甲乙类双电源互补对称电路,静态时:,原理：,T1、T2两管均处于微弱导通状态,D1、D2的正向导通,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基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,T1导通,T2导通,2.二极管偏置电路,波形特点：,2.二极管偏置电路,利用二极管进行偏置电路克服交越失真，但是仍有缺点缺点：偏置电压不易调整,VBE可认为是定值,3.VBE倍增偏置电路,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。,合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。,图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则,C,8.3.2甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使T1微导通，Vcc对电容C充电达到稳态VKVCVCC/2。,当有信号ui时正半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电,负半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。,只要满足RLCT信，电容C就可充当原来的VCC。,计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。,K,8.4集成功放,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,实用集成功放简介,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