第八章.功率放大电路PPT课件

1、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实用微分运算电路图7.2.20微分电路输入、输出波形分析第1页/共59页11RuiiifdtuCRuRRuRiuiFiFCFfo111dtuCRdtiCuiFfFc111uiuo +-R2CFi1R1PI调节器ifucRF-+A1比例积分运算电路-PI调节器比例微分运算电路-PD调节器uiuo +-R2CFi1R1PD调节器ifucR-+A1C)dd(i1OtuRCuRRui第2页/共59页比例、积分、微分运算电路-PID电

2、路dtuCRdtduCRuCCRRuIIIo211221121)(第3页/共59页对数和反对数运算电路 对数运算电路 反对数运算电路第4页/共59页其中，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)1e (TBEESEC VvIiiBJT的发射结有BEOvv 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vSTiCRiNvO+P当 时，V7 . 0BET vVTBEeESECVvIii RviiSC TBEeESECVvIii ESTSTOlnlnIVRvVv 第5页/共59页vO是vS的反对数运算（指数运算

3、）2. 反对数运算电路BESvv 利用虚短和虚断，电路有要求V7 . 0BEST vvVTSeESOVvIv RivFO TBEeESEFVvIii vSvORiFTiE+以上两个电路温漂很严重，实际电路都有温度补偿电路第6页/共59页电流-电压变换器由图可知fSO=Riv 可见输出电压与输入电流成比例。 输出端的负载电流SLfLfSLOO=iRRRRiRvi此时该电路也可视为电流放大电路。若LR固定，则输出电流与输入电流成比例，电流-电压变换电路第7页/共59页电压-电流变换器由图（a）可知SOOS1=vRiRiv或所以输出电流与输入电压成比例。(a)负载不接地(b)负载接地第8页/共59页

4、(b)负载接地L43L4OLOOp/RRRRRvRivvvvnp可解得)(L12L433S12ORRRRRRRvRRi 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211O212SnRRRvRRRvv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。S4O1vRi 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。第9页/共59页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

5、，即uo = uI1uI2求对数，得：I2I1I2I1Olnln)ln(lnuuuuu 再求指数，得：I2I1lnlnOI2I1euuuuu 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uI1uI2lnuI1lnuI2求和电路lnuI1+ lnuI2指数电路uO = uI1uI2第10页/共59页同理：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：I2I1Ouuu 求对数，得：I2I1I2I1Olnlnlnlnuuuuu 再求指数，得：I2I1lnlnOeuuu 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uI

6、1uI2lnuI1lnuI2减法电路lnuI1- lnuI2指数电路I2I1Ouuu 第11页/共59页模拟乘法器uI1uI2uO模拟乘法器符号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、单象限乘法器第12页/共59页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：I1becOurRu EQbbbe)1(IUrrT 当 IEQ 较小、电路参数对称时，II21EQ 所以：IUrT)1(2be IuURIuURuTT

7、I1cI1cO2)1(2 结论：输出电压正比于输入电压 uI1 与恒流源电流 I 的乘积。第13页/共59页设想：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，eI2eBE3I2RuRuuI 即：I2I1I2I1ecO2uKuuuURRuT 变跨导式乘法器原理电路第14页/共59页乘法模拟器的应用：uIuO图 6.5.71. 平方运算2OIKuu 图 6.5.82. 除法运算OI2O1uKuu 因为 i1 = i2 ，所以：OI222O11I1uuRKRuRu 则：2I1I12OuuKRRu 第15页/共59页3.

8、倍频tUuusinmI2I1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：)2cos1 (2)sin(2m2mI2I1OtUKtUKuKuu4. 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第16页/共59页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u 甲乙类双电源互补对称电路u 甲乙类单电源互补对称电路第17页/共59页例1： 扩音系统执行机构功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行

9、机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。 功率放大电压放大信号提取第18页/共59页例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RtTUO室温T 温度调节过程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功 放b温控室A+-uo1加热元件第19页/共59页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 。 ICMPCMUCEMIcuce第20页/共59页(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

10、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。%100maxEoPP第21页/共59页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F 提高效率F 减小失真F 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F 降低静态功耗，即减小静态电流。第22页/共59页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

11、：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第23页/共59页 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （ OTL电路）无输出电容形式 （ OCL电路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess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第24页/共59页一、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

12、电路第25页/共59页ic1ic2动态分析：vi 0VT1截止，T2导通vi 0VT1导通，T2截止iL= ic1 ;vi-VccT1T2vo+VccRLiLiL=ic2T1、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第26页/共59页乙类放大的输入输出波形关系:vi-VccT1T2vo+VccRLiL死区电压vivovovo tttt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。交越失真第27页/共59页(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期

13、 ； (3) 存在交越失真。 二、乙类放大的特点：第28页/共59页 三、分析计算（1）输出功率PoL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP 最大输出功率PomaxL2omLomomooo222=RVRVVIVP 第29页/共59页三、 分析计算) t(d RvV212=P0LoCCV（2）电源供给的功率PV) td( RtsinVV10LomCC) td( tsinRVV10LomCComCCLVVR2（3）效率CComVo4=VVPP 当时，时， CComVV % 78.54 第30页/共59页三、 分析计算（3）管耗PToVTPPP)4VVV(R22

14、omomCCL两管管耗T2T1TPP=PT2T1PP)4VVV(R12omomCCL最大管耗与最大输出功率的关系omT1m2 . 0PP 选管依据之一第31页/共59页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第32页/共59页电路的改进：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 IB，则221RRRVVBE第37页/共59页甲乙类双电源互补对称电路BE221CEVRRRV 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第38页/共59页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、R

15、2阻值的大小，可使CCK21VV 此时电容上电压CCC21VV 此电路存在的问题：K点电位受到限制第39页/共59页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：cbeT1T2ibicbecibic方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1 (,)1 (,1212122211211第40页/共59页becibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：第41页/共59页改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T2、R1、R2：

16、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。+Vcc-VccR1R2RLviT1T2T3T4T5T6第42页/共59页实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=0.5USCD1 、 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。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第43页/共59页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

17、) 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）。实际功放电路实际功放电路第44页/共59页+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级反馈级偏

18、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：第45页/共59页输出功率的估算：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）。W3 .248127 .192maxP第46页/共59页特点：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率放大器第47页/共59页集成功放

19、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）)12345 678910111213141 - 接旁路电容（5 ）9、13 - 空脚（NC）第48页/共59页集成功放 LM384 外部电路典型接法：500-+ 0.12.78146215Vccui8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第49页/共59页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、特点例：OC

20、L电路中，若 RL=80 、需要输出功率 PO=50W。根据公式 LSCoRUP22max 需电源电压：V9025080SCU90V的电压对电子电路显然不合适。补充：补充： 变压器耦合式功放电路变压器耦合式功放电路 利用变压器阻抗变换关系（ RL= K2 RL），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。第50页/共59页 （变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N变压器原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL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。 第51页/共59页二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器1.原理电路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1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。第52页/共59页输入变压器：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。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1第53页/共59页uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 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。第54页/共