8 功率放大电路.ppt

第八章功率放大电路,8.1功率放大电路的基本概念,8.2共发射级放大电路效率问题,8.4甲乙类互补对称功率放大电路,8.5集成功率放大电路,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,例：扩音系统,功放：获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。,位置：末级放大电路。作用：推动负载工作。,8.1功率放大电路的基本概念,目的,电压放大：输出不失真的电压信号。主要讨论Auriro，输出功率不一定大,（1）输出功率Po尽可能大，注意电路参数:ICM、UCEM、PCM。,（2）功率转换效率尽可能高。,(3)必须注意防止波形失真。,面临问题：,P0大，BJT工作在极限工作状态。如何提高效率？减小失真？,特点：,设“Q”设置在交流负载线中点,VCC,IC,8.2共发射级放大电路效率问题,一、功率及效率的计算,Ucc,输出电压波形,问题：效率低,同样，射极输出器的功放作用,要提高效率就要减小直流静态消耗，即降低工作点。,二、晶体管的工作状态,甲类工作状态工作点适中，不失真。效率低。,乙类工作状态不设工作点，效率高，严重失真。,甲乙类工作状态工作点低，失真，效率高。,要提高效率就要减小直流静态功耗，让功率放大电路工作在乙类状态。如何解决失真？,三、工作在乙类状态射极输出器,出现失真？,OTL:OutputTransformerLess,OCL:OutputCapacitorLess,互补对称功放的类型：,8.3乙类双电源互补对称功率放大电路,无输出变压器形式OTL电路:OutputTransformerLess,无输出电容形式OCL电路OutputCapacitorLess,增加对称的负电源-VCC，使静态时的A点电位为0,ic1,ic2,静态（乙类）,ui=0V,iC10，iC20uo=0V。,动态：,ui0V,T1导通，T2截止,双电源供电、无输出电容（OCL）。,uo,无功率损耗,在RL上得到完整的波形,一、电路组成,特点,T1T2轮流导电推挽式电路,T1T2性能对称，互补不足互补对称电路,8.3.1乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL),输入输出波形图,死区电压,二、组合特性分析图解法,负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCES,最大不失真输出功率Pomax,1）输出功率Po,三、效率计算,一个管子的管耗,2）管耗PT,两管管耗,3）电源供给的功率PE,当,方法2,方法1：,4）效率,最高效率max,1）三极管的最大管耗,问：Uom=？PT1最大,PT1max=？,用PT1对Uom求导，,四、功率BJT的选择,PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：,2）选功率管的原则：,1.PCMPT1max=0.2PoM,2,3.ICMVCC/RL,例1已知：VCC=VEE=24V，RL=8，忽略UCE(sat)求Pom以及此时的PV、PC1，并选管。,解,PV=2V2CC/RL,=2242/(8)=45.9(W),=0.5(45.936)=4.9(W),U(BR)CEO48V,ICM24/8=3(A),可选：,U(BR)CEO=60100V,ICM=5A,PCM=1015W,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：,8.3.2乙类双电源互补对称功率放大电路(OTL),三、动态分析,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,（UC相当于电源）,时，T1导通、T2截止；,设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号,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：,应用OCL电路有关公式时，要用VCC/2取代VCC。,一、交越失真-乙类互补对称功放的缺点,8.4甲乙类互补对称功率放大电路,交越失真,输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。,交越失真产生的原因晶体管特性存在非线性uiIB，则,3.电路中增加复合管(达林顿管),目的：实现管子参数的配对,扩大电流的驱动能力。,12,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,NPN+NPN,NPN,PNP+PNP,PNP,NPN+PNP,NPN,PNP+NPN,PNP,ib1,(1+1)ib1,(1+1)(1+2)ib1,=(1+1+2+12)ib1,12,rbe=rbe1+(1+1)rbe2,2(1+1)ib1,1ib1,ib,ic,ie,(1+2+12)ib1,构成复合管的规则：,2)在组成复合管时，管子的各极电流必须通畅。根据等效管电流的流向确定复合管的三个电极（B、E、C）B1为B，C1或E1接B2，C2、E2为C或E；,1)复合管等效类型与第一只管子相同。,练习：,接有泻放电阻的复合管：,ICEO1,2ICEO1,R,泻放电阻,减小,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VA=0.5VCC,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12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用,V1、V3NPN,V2、V4PNP,R3、R5穿透电流泄放电阻,准互补对称电路,复合管互补对称电路举例,RE1、RE2稳定“Q”、过流保护,取值0.10.5,V5V7、RP克服交越失真,R4使V3、V4输入电阻平衡,V8构成前置电压放大,RB1引入负反馈，提高稳定性。,UE,UB8,IB8,IC8,UB3,UE,因PNP管小，采用三只管子复合而成,克服交越失真,图5.1,集成运放内部的功率放大器,实际功放电路,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）。,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：,RC低通,OCL电路和OTL电路的比较,效率？,结论：与双电源功放同,甲乙类单电源互补对称功率放大电路,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。,一、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,8.5集成功率放大电路,集成功放LM384管脚说明:,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,组成：,前置级、中间级、输出级、偏置电路,特点：,输出功率大、效率高,有过流、过压、过热保护,二、LM386集成功放及其应用,1.典型应用参数：,直流电源：,412V,额定功率：,660mW,带宽：,300kHz,输入阻抗：,50k,1234,8765,引脚图,2.内部电路,1.8开路时，Au=20(负反馈最强),1.8交流短路Au=200(负反馈最弱),电压串联负反馈,V1、V6：,V3、V5：,V2、V4：,射级跟随器，高Ri,双端输入单端输出差分电路,恒流源负载,V7V12：,功率放大电路,V7为驱动级(I0为恒流源负载),V11、V12用于消除交越失真,V8、V10构成PNP准互补对称,3.典型应用电路,输出电容(OTL),频率补偿，抵消电感高频的不良影响防止自激等,调节电压放大倍数,1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。3互补对称功率放大器的几种主要结构：OCL（双电源）乙类甲乙类。OTL（单电源）乙类甲乙类。4随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。,本章小结,采用互补对称输出的集成功率放大器TDA2030的应用电路如图,假定vi为正弦电压。此电路是OTL还是OCL电路？说明判断依据；求理想情况下的Pomax；若vi有效值为0.1V，Po=？计算输出级的效率.,变压器耦合推挽功率放大电路,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使T1、T2轮流导通。,输出变压器：将