功率放大电路42457.ppt

9.1功率放大电路概述9.1.1功率放大电路的特点9.1.2功率放大器工作状态的分类9.2双电源互补对称功率放大电路(OCL电路)9.2.1电路组成和工作原理9.2.2性能分析9.2.3交越失真的消除9.2.4用复合管组成互补对称电路9.2.5OCL电路的应用分析9.3单电源互补对称电路(OTL电路)9.3.1电路特性9.3.2电路原理9.3.3电路实例9.3.4调试方法,9.4BTL集成功率放大电路9.4.1BTL功放组成及其工作原理9.4.2集成BTL电路9.5集成功率放大器4100系列简介9.6VMOS功率放大器9.6.1功率场效应管(VMOS)9.6.2功率场效应管(VMOS)电路实例,第9章低频功率放大电路,本章要点:功放的特点与分类OCL电路原理与特性分析OTL电路原理与调试方法BTL电路组成与原理VMOS功放的特点与应用,本章难点:OCL电路性能指标分析OTL电路调试方法,第9章低频功率放大电路,例：扩音系统,什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器,9.1功率放大电路概述,9.1功率放大电路概述,9.1.1功率放大电路的特点,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,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，PDC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。,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。,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。,根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管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180,9.1.2功率放大器工作状态的分类,二.甲类功率放大器分析,1.三极管的静态功耗：,若,电源提供的平均功耗：,则,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。,9.2双电源互补对称功率放大电路(OCL电路),9.2.1电路组成和工作原理,ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）uo=0V,2.动态分析,ui0V,T1截止，T2导通,ui0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。,1.静态分析,组合特性分析图解法,负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCES,9.2.2分析计算,最大不失真输出功率Pomax,1.输出功率Po,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,4.效率,最高效率max,3三极管的最大管耗,问：Uom=？PT1最大,PT1max=？,用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：,选功率管的原则：,1.PCMPT1max=0.2PoM,2,输入输出波形图,死区电压,9.2.3交越失真的消除,存在交越失真,乙类互补对称功放的缺点,实际中晶体管输入特性的门限电压不为零，且电压、电流关系也不是线性关系，在输入电压较低时，输入基极电流很小，故输出电流也很小，因此输出电压在输入电压较小时，存在一小段死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生了失真。,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。,9.2.4用复合管组成互补对称电路,功率放大电路的输出电流一般很大。而一般功率管的电流由放大系数均不大，一般通过复合管来解决此问题。,复合管互补对称功放,准互补对称功放,9.2.5OCL电路的应用分析,OCL互补对称功率放大电路,OCL准互补对称功率放大电路，它由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成。输入级是由T1、T2和T3组成的单端输入、单端输出的共射组态恒流源式差动放大电路，并从T1的集电极处取出输出信号加至中间级。中间级是由T4、V5组成的共射组态放大电路，T5是恒流源，作为T4的有源负载。输出极是由T7、T8、T9、T10组成的准互补对称电路，其中T7、T9为由NPNNPN组成的NPN型复合管；T8、T10为由PNPPNP组成的PNP型复合管，各管电阻Re7、Re8、Re9、Re10的作用是改善温度特性。T6、Re4、Re5组成了Ube倍压电路，为输出极提供所需的静态工作点，以消除交越失真。由R1、D1、D2、T3、T5组成恒流源电路，R1、D1、D2提供基准电流。Rf、C1、Rb2构成交流串联电压负反馈，用来改善整个放大电路的性能。,OCL电路的应用分析,9.3.2电路原理,OTL基本电路,静态时，因电路对称，两管发射极e点电位为电源电压的一半1/2VCC，负载中没有电流。电容C两端的电压也稳定在1/2VCC，这样两管的集射极之间如同分别加上1/2VCC和1/2VCC的电源电压。,动态时，在输入信号正半周，T1导通，T2截止，T1以射极输出的形式向负载RL提供电流，使得负载RL上得到正半周输出电压，同时对电容C充电；在输入信号负半周，T1截止，T2导通，电容C通过T2、RL放电，T2也以射极输出的形式向负载RL提供电流，负载RL上得到副半周输出电压，电容C这时起到负电源的作用。这样，负载RL上得到一个完整的信号波形。,由上可以看出，其工作过程除C代替一组电源外，其工作过程与双电源相同，功率、效率计算也相同，只需将公式中的VCC用,1/2VCC代替即可。,OTL基本电路,9.3.3电路实例,图为一典型的OTL功放电路。由运算放大器A组成前置放大电路，T4T7组成互补对称电路，D1、D2、D3提供偏置电压，R11和R1构成电压并联负反馈。,OTL功放电路实例,9.3.4调试方法,图9-12OTL功率放大电路,图9-12所示电路的调试方法如下。,调节电阻R1的阻值，调试T1的静态工作电流。调节R6使放大器输出端(K点)的对地电位为1/2Vcc，然后通过R11调节复合管的静态电流。但调节R6和调节R11是互相影响的，所以，必须反复调节R6直至满足要求为止。调试时千万注意，切不可断开R11，因为R11一旦断开，有烧坏晶体管的可能。经上述调试后，电路就能正常工作。从信号发生器向OTL放大器送入一个比额定输入信号电压小的正弦波信号，再进一步观察输出波形，并对波形出现的问题进行调整。,9.4BTL集成功率放大电路,BTL功率放大电路又称桥接推挽式放大电路，其主要特点是，在同样电源电压和负载电阻条件下，它可获得比OCL和OTL大几倍的输出功率。,9.4.1BTL功放组成及其工作原理,BTL基本电路组成如图所示，四个功放管T1T4组成桥式电路。静态时，电桥平衡四个功放管T1T4组成桥式电路。,BTL基本电路,工作原理,当ui1为正，ui2为负时，T1和T3导通，T2和T4截止,当ui1为负，ui2为正时，T1和T3截止，T2和T4导通,电源电压相同时，BTL电路的输出功率相当于OTL或OCL电路的4倍,9.4.2集成BTL电路,BTL电路有各种不同输出功率和不同电压增益的多种型号的集成电路。本节以TDA1556为例介绍集成BTL电路的应用。,TDA1556为2通道BTL电路，可作为立体声扩音机左右两个声道的功放，其闭环增益为26dB。TDA1556内部具有待机、净噪功能以及有短路、电路反向、过电压、过热和扬声器保护等。,集成BTL电路基本用法电路,9.5集成功率放大器4100系列简介,CD4100引脚示意图,集成功率放大器4100系列简介,外部元件的作用如下：RF、CF与内部电阻组成交流负反馈支路。CB相位补偿。CC输出端电容，两端充电电压等于。CD反馈电容，消除自激振荡。CH自举电容，使复合管的导通电流不随输出电压的升高而减小。C3、C4滤除波纹。C2电源退耦滤波，可消除低频自激。,集成功放DG4100典型的外部接线图,9.6.1功率场效应管(VMOS)简介,VMOS功率场效应管不仅保留了普通MOS管的全部优点，而且还吸引了双极型晶体管的一些优点，因而它具有两者的优点,VVMOS结构示意图,(1)垂直地安置漏极，充分利用硅片面积，实现了垂直传导漏源电流，可以得到较大的高输出电流。(2)设置了高电阻率的N型漂移区，提高了器件的耐压能力。(3)实现了短沟道，使器件具有良好的线性。(4)工作频率高、开关速度快。(5)热稳定性好，具有温度自动调解能力,9.6.1功率场效应管(VMOS)简介,图9-18VMOS音频功率放大器,9.6.2功率场效应管(VMOS)电路实例,图示是一个两管4WVMOS音频功率放大器。输入级是由结型场效应管VF1组成的自偏压式共源极放大电路。输出级是用VMOS功率场效应管VF2(型号为VN66AF)组成的单管功率放大电路。RG2和VF2是输出极的偏置电路，其栅源电压由二者分压确定，从输出端经RF和RS1引入极间电压串联负反馈，改善了放大电路的性能。该电路输出端采用变压器偶合，对实际负载进行阻抗变换，以实现阻抗匹配，使功率放大电路向负载输出尽可能大的功率。在在VMOS管栅极和源极之间的稳压二极管(也称齐纳二极管)起输入保护作用，用来限制栅极驱动电压。它可以制作在VMOS管内部，也可以外接。,本章小结,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。