第五章-功率放大器.ppt

第五章低频功率放大器,向负载提供足够大信号功率的放大电路叫做功率放大电路。（本章讨论低频的功率放大电路）,5.1功率放大器的基本要求及分类（P113）,一、电压放大电路与功率放大电路的比较,1、电压放大器（A）主要任务：把微弱的电压信号进行放大。（B）主要指标：电压放大倍数Av、输入电阻ri、输出电阻ro等2、功率放大器（A）主要任务：不失真地放大信号功率。（B）主要指标：最大输出功率Pom，电源效率，放大管的极限参数ICM、PCM、V（BR）CEO，电路防止失真的措施等,1、有足够大的输出功率PO；2、效率高(=PO/PDC)；效率越高,直流电源消耗的功率越少。3、非线性失真（波形失真）小；4、散热性能好。,二、功率放大电路的基本要求,三、功率放大器的分类,、按照功放管（三极管）静态工作点设置分类,根据三极管静态工作点在交流负载线上的位置不同，可分为甲类、乙类、甲乙类三种。,电路特点：功放管始终导通，输出波形无失真。但静态电流大，效率低（最高）。,Q点位置：在交流负载线的中点。,、甲类功放,Q点位置：在交流负载线和IB=0输出特性曲线交点。,电路特点：静态电流几乎为零，效率高（最高78.5）。但输出波形失真大（只有半个波形）。,、乙类功放,实际：采用个三极管组合起来交替工作，输出完整的全波信号。,点位置：点在交流负载线上略高于乙类工作点处。,电路特点：静态电流较小，效率较高（介于甲类和乙类之间）。输出波形失真比较大。,、甲乙类功放,、按耦合方式分类,1阻容耦合功率放大电路。,2变压器耦合功率放大电路,3直接耦合功率放大电路,推挽放大器在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。互补推挽放大器互补是通过采用两种不同极性的三极管，利用不同极性三极管的输入极性不同，用一个信号来激励两只不同极性的三极管，这样可以不需要有两个大小相等、相位相反的激励信号。利用NPN型和PNP型三极管的互补特性，用一个信号来同时激励两只三极管的电路，称之为“互补”电路，由互补电路构成的放大器称为互补放大器电路。,、按功率放大器输出端特点分类,、有输出变压器功放电路、无输出变压器功放电路(简称OTL功放电路)。、无输出电容功放电路(简称OCL功放电路)。、桥接无输出变压器功放电路(简称BTL功放电路),BTL功放电路：由两个相同的OCL电路组成一个功率更大的功放电路，无论使用单电源还是双电源供电都不需要输出电容，理想输出功率是单个OCL电路的4倍。优点是功率做得更大，缺点是电路比较复杂。BTL结构常应用于低电压系统或电池供电系统中。在汽车音响中当每声道功率超过10w时，大多采用BTL形式。BTL形式不同于推挽形式，BTL的每一个放大器放大的信号都是完整的信号，只是两个放大器的输出信号反相而已。,OTLOCLBTL,OTL电路采用单电源即可工作，所以在便携式功放中很常用，如果不加输出电容，则稳态时输出电压为0.5Vcc，所以输出电容不可省去。但是输出电容也影响了电路的低频响应。为了提高低频响应，OCL电路使用对称双电源供电，使稳态输出为0V，省去输出电容。这时，加在负载上的最大电压为Vcc。这样电源电压利用率偏低，因为整个电源电压为2Vcc。提高利用率的方式是使用BTL电路，负载接在电桥中，两端的最大电压可达2Vcc，相同供电电压下输出功率是OCL的四倍，但是元件数量翻倍。下图示出了BTL电路的原理。每次都是电桥对侧桥臂上的管子同时导通和截止。由于负载中点电压始终在0V，我们可以把BTL电路看成是两个等效负载为0.5RL的OCL电路。,BTL有个优势桥接状态时电路本身的底噪会抵消同时最大电流加倍效果要比单独使用好很多不过传统电路接成BTL有些麻烦有些需要用运放换相有的电路相对复杂现在有很多效果不错的IC连接成BTL很简单效果也不错比如TDA7377,5.单电源互补对称功放电路（电路）（P11）,一、基本电路图,二、电路结构,、单个、正直流电源（+Vcc）供电，将直流能量转换成交流信号功率。、V1和V2是一对型号不同，特性对称的配对管。都是共集电极连接方式（基极输入，发射极输出），都是射极输出器。输出电阻小，能与低阻抗负载较好匹配。、不使用输出变压器，输出端用电容耦合，所以该电路又称为电路。,三、工作原理,1、静态时：由于V1和V2参数一致，A点和B点的电压都是电源电压Vcc的一半。VA=Vcc/2。V1和V2管的发射结电压VBE=VBVE=VBVA=Vcc/2Vcc/2=0。因此，发射结零偏，V1和V2都截止。2、动态时：A、Vi正半周：V1管（NPN型）导通，V2管（PNP型）截止。直流电源Vcc通过V1管向耦合电容C1充电。负载RL上输出正半周波形。B、Vi负半周：V1管（NPN型）截止，V2管（PNP型）导通。耦合电容C1放电（容量足够大），向V2管提供电源，并在负载RL上输出负半周波形。因此，在一个周期内，V1和V2管交替工作，负载上有完整的波形输出。,四、交越失真及克服方法,讨论电路工作原理的时候是理性状态，未考虑三极管死区电压（硅：.V，锗：.V）的影响。实际上由于两个功放管之间没有偏置电路，在输入交流电压小于死区电压的时候，两个功放管都是截止的。在输出电压波形的正、负半周交替处出现一段没有电压的区域，这种现象叫交越失真。克服方法：在两个功放管的基极之间串入两个二极管，利用二极管的压降为两个三极管提供正向偏置电压，使两个三极管处于微导通状态，即工作在甲乙类状态，克服了交越失真。,五、输出功率、电源功率、效率,1、最大输出功率：（A）忽略2个功放管的饱和压降VCES：（B）考虑2个功放管的饱和压降VCES：2、电源功率：,理想最大效率为m=78.5%,3、效率：,=,4、每个三极管最大功耗：,PTM=0.2POM,六、功放管（三极管）的选择,两个功放管型号互补、参数对称。每一个管子的3个极限参数应满足：0.2（）,七、典型电路,1、电路图：2、组成：带反馈的两级放大电路（采用直接耦合）。级间反馈元件是RP1，引入电压并联负反馈。既稳定输出电压的稳定度，又稳定静态工作点。,第一级是激励放大级;是分压式偏置放大电路，静态工作点稳定。主要作用是进行第一次放大，推动后面的功放电路工作。第二级是功率放大输出级;是OTL功放电路，主要作用是功率放大。,1、V1激励放大管：进行第一次放大，以推动V2、V3功放管工作。,3、RP1电位器：调节A点电位，保持中点电位始终为VG/2。引入电压并联负反馈，稳定Q点，稳定输出电压的稳定度。,5、C4自举电容相当于一个电源，使V2的基极电位升高，获得高于VG的自举电压，提高功率增益。（使V2、V3工作时为共射组态）,6、R4隔离电阻：将直流电源VG和电容C4分开，使V2管的基极可获得高于电源电压VG的自举电压。,*3、元件名称和作用,7、R4和C4自举电路：改善输出波形，克服输出电压顶部失真现象。、R和4给V2、V3管的发射结提供正向偏置电压，以克服交越失真。,2、V2、V3功放管：为特性的对称的型号相异的三极管，进行功率放大。,4、RP2电位器：提供输出管发射结所需的正向偏置电压。调整V2、V3管静态工作点（偏置电流），克服交越失真。,八、电路特点,、优点：效率高单电源供电非线性失真小频率响应宽、缺点：输出端与负载之间采用大容量电容耦合,OTL功率放大器，它具有非线性失真小，频率响应宽，电路性能指标较高等优点，也是目前OTL电路在各种高保真放大器应用电路中较为广泛采用的电路之一。,九、应用,二、信号的放大过程,输入信号vi负半周时，V1输出正半周信号，V2导通(V3截止)，i2通过RL；vi正半周时，V1输出负半周信号，V3导通(V2截止)，i3流过RL。在vi一周期内，V2、V3轮流导电，RL上得到完整的信号。,三、最大输出功率,因C3的作用，单管电源电压为VG/2。则输出最大功率时，输出管的集电极电压和集电极电流峰值分别为,；,忽略饱和压降和穿透电流，则最大输出功率为,即(7.4.1),例题：互补对称OTL功放电路中，VG=6V，RL=8，求该电路的最大输出功率。,解,5.3双电源互补对称功放电路（C电路）（P115）,一、基本电路图,二、电路结构,、两个大小相等、极性相反的直流电源供电，将直流能量转换成交流信号功率。、V1和V2是一对型号不同，特性对称的配对管。都是共集电极连接方式（基极输入，发射极输出），都是射极输出器。、不使用输出耦合电容，输出端与负载之间采用直接耦合，所以该电路又称为C功放电路。,三、工作原理,1、静态时：由于V1和V2参数一致、结构对称。输出端点电位为0；没有直流电经过负载RL。因此，输出端不接隔直电容。2、动态时：A、Vi正半周：V1管（NPN型）导通，V2管（PNP型）截止。直流电源Vcc通过V1管向负载供电。负载RL上输出正半周波形。B、Vi负半周：V1管（NPN型）截止，V2管（PNP型）导通。直流电源Vcc通过V2管向负载供电。负载RL上输出负半周波形。因此，在一个周期内，V1和V2管交替工作，负载上有完整的波形输出。,四、交越失真及克服方法,讨论电路工作原理的时候是理性状态，未考虑三极管死区电压（硅：.V，锗：.V）的影响。实际上由于两个功放管之间没有偏置电路，在输入交流电压小于死区电压的时候，两个功放管都是截止的。在输出电压波形的正、负半周交替处出现一段没有电压的区域，这种现象叫交越失真。克服方法：在两个功放管的基极之间串入两个二极管，利用二极管的压降为两个三极管提供正向偏置电压，使两个三极管处于微导通状态，即工作在甲乙类状态，克服了交越失真。,五、输出功率和效率,1、最大输出功率：（A）忽略2个功放管的饱和压降VCES：（B）考虑2个功放管的饱和压降VCES：2、电源功率：,理想最大效率为m=78.5%,3、效率：,=,4、每个三极管最大功耗：,PTM=0.2POM,六、功放管（三极管）的选择,两个功放管型号互补、参数对称。每一个管子的3个极限参数应满足：0.2（）,七、电路特点,、优点：低频特性好效率高、缺点：需要两个大小相等、极性相反的直流电源。对电路的静态工作点的稳定度要求高。负载一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路。,OCL功放电路也是定压式输出电路，其电路由于性能比较好，所以广泛地应用在高保真扩音设备中。,八、应用,复合管的基本知识,一、概念把两个或两个以上的三极管的电极适当地连接起来，等效一个管子使用，即为复合管。,二、连接成复合管的原则、保证两只管子各极电流都能顺着各个管的正常工作方向流动、前管的c、e极只能与后管的c、b极连接，不能与b、e极连接.(否则前管的VCE电压会受到后管的VBE的钳制。无法使两管有合适的工作电压。),二、复合管特点、复合管的电流放大倍数=1*2。、复合管的型号与第一只三极管的型号一致。复合管的基极就是第一只三极管的基极,三、由NPNNPN或PNPPNP复合而成的，一般称为达林顿管,四种常见的复合管形式,应用：用复合管提高功率输出级的电流放大倍数,V4、V6组成NPN型复合管，V5、V7组成PNP型复合管。二者组成复合互补功率输出级。从而提高了输出级的电流放大倍数，同时也减小了前级的推动电流。,三、OCL功率放大电路应用实例：,7.集成电路功率放大器（P125）,集成功率放大器具有体积小、工作稳定、易于安装和调试的优点，了解其外特性和外线路的连接方法，就能组成实用电路。因此，得到广泛的应用。,*塑料扁平封装双列直插式集成功放的管脚顺序排列识读方法：面对印有型号字体的表面，管脚向下，标志于左，自下而上逆时针方向排列序号依次为1、2、3、4。,*塑料扁平封装双列直插式集成功放的管脚顺序排列识读方法：面对印有型号字体的表面，管脚向下，标志于左，自下而上逆时针方向排列序号依次为1、2、3、4。,集成功率放大器由四大部分组成,7.1LM386集成功率放大器的应用电路,LM386是小功率音频集成功放。采用8脚双列直插式塑料封装。,4脚为接“地”端；6脚为电源端；2脚为反相输入端；3脚为同相输入端；5脚为输出端；7脚为去耦端；1、8脚为增益调节端。,外特性：额定工作电压为416V，当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA，适合用电池供电。频响范围可达数百千赫。最大允许功耗为660mW(25C)，不需散热片。,工作电压为4V，负载电阻为4时，输出功率(失真为10%)为300mW。工作电压为6V，负载电阻为4、8、16时，输出功率分别为340mW、325mW、180mW。,用LM386组成OTL应用电路,4脚接“地”，6脚接电源(69V)。2脚接地，信号从同相输入端3脚输入，5脚通过220F电容向扬声器RL提供信号功率。7脚接20F去耦电容。1、8脚之间接10F电容和20k电位器，用来调节增益。,7.2TDA2030集成功率放大器的应用电路,TDA2030简介,外特性：电源电压范围为6V18V，静态电流小于60A，频响为10Hz140kHz，谐波失真小于0.5%，在VCC=14V，RL=4时，输出功率为14W。,1脚为同相输入端，2脚为反相输入端，4脚为输出端，3脚接负电源，5脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件