模电华科第9章ppt课件

1、第第9 9章章 功率放大电路功率放大电路重点：重点：1.1.功率放大电路概述功率放大电路概述2.2.互补功率放大电路互补功率放大电路3.3.功率放大电路的平安运转功率放大电路的平安运转4.4.集胜利率放大电路集胜利率放大电路9.19.1 可以向负载提供足够大的信号功率的放大电路称为可以向负载提供足够大的信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。从能量控制与转换的角度看，功率放大电路，简称功放。从能量控制与转换的角度看，功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本的区别；功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本的区别；只是功放输出尽能够大的功率。因此，功放电路的组成只是功放输出尽能够大的功率

2、。因此，功放电路的组成和分析方法、元器件的选择，都与小信号放大电路不同。和分析方法、元器件的选择，都与小信号放大电路不同。9.1.1功率放大电路的特点功率放大电路的特点一、主要技术目的一、主要技术目的1. 最大输出功率最大输出功率Pom功率放大电路概述功率放大电路概述 功率放大电路提供应负载的信号功率称为输出功功率放大电路提供应负载的信号功率称为输出功率率PO=UOIO。在电路参数确定的情况下负载上能。在电路参数确定的情况下负载上能够获得的最大交流功率，称为最大输出功率够获得的最大交流功率，称为最大输出功率Pom 。2. 转换效率转换效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的功率之功率放大电

3、路的最大输出功率与电源提供的功率之比称为转换效率比称为转换效率。即。即VomPP 二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管1. 晶体管接近极限参数晶体管接近极限参数ICM 晶体管在极限形状任务晶体管在极限形状任务,参数接近参数接近ICM、UBRCEO、PCM,但要保证管子任务在平安区。但要保证管子任务在平安区。 电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出直电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出直流电流平均值与其电压之积，即流电流平均值与其电压之积，即PV=VccIc(AV) 。 留意散热条件，运用时要安装适宜的散热片，有时还留意散热条件，运用时要安装适宜的散热片，有时还要采取各

4、种维护措施。要采取各种维护措施。2. 散热散热三、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法1由于功放电路输出信号大，功放管的非线性不能线由于功放电路输出信号大，功放管的非线性不能线性化，因此，不能用仅适用于小信号的交流等效电路法，性化，因此，不能用仅适用于小信号的交流等效电路法，而应采用图解法。而应采用图解法。2由于功放的输出信号较大，输出波描画易产生非线由于功放的输出信号较大，输出波描画易产生非线性失真，电路中应采用适当方法改善输出波形，如引入性失真，电路中应采用适当方法改善输出波形，如引入交流负反响。交流负反响。四、对功率放大电路的要求四、对功率放大电路的要求1输出功率足够大；输出

5、功率足够大；2非线性失真尽量减小；非线性失真尽量减小；3转换效率要高。转换效率要高。9.1.2功率放大电路的组成功率放大电路的组成一、变压器耦合功率放大电路一、变压器耦合功率放大电路 传统的功率放大电路为变压器耦传统的功率放大电路为变压器耦合功率放大电路，分为单管甲类功率合功率放大电路，分为单管甲类功率放大电路和推换功率放大电路。放大电路和推换功率放大电路。1. 单管甲类功率放大电路单管甲类功率放大电路适宜做功放吗？适宜做功放吗？功率放大器分变压器耦合功率放大电路和直接耦合功率放大电路。功率放大器分变压器耦合功率放大电路和直接耦合功率放大电路。变压器原边线圈电阻变压器原边线圈电阻可忽略不计，直

6、流负可忽略不计，直流负载线载线 垂直于横轴且过垂直于横轴且过( VCC ，0 )。CCCQCCCQCemCmOm212222VIVIVIP 在理想变压器的情况下，最大输出功率为在理想变压器的情况下，最大输出功率为即三角形即三角形QAB的面积的面积在输入信号为正弦波时，在输入信号为正弦波时，假设集电极电流也为正弦波，假设集电极电流也为正弦波，直流电源提供的功率不变。直流电源提供的功率不变。电源提供的功率为电源提供的功率为PVICQ VCC ，全部耗费在管子上。，全部耗费在管子上。RL等效到原边的电阻为等效到原边的电阻为 ，那么可作出交流负载线。，那么可作出交流负载线。 L221L)(RNNR 2

7、. 变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路 为了减小静态损耗，应减小为了减小静态损耗，应减小ICQICQ，当，当ICQ= 0ICQ= 0时，静时，静态态PV=ICQVCC=0,PV=ICQVCC=0,但晶体管只需半个周期导通但晶体管只需半个周期导通 =180=180，静态任务点位于横轴上，这种任务形状称为，静态任务点位于横轴上，这种任务形状称为乙类形状。乙类形状静态损耗虽小，但失真严重。为了乙类形状。乙类形状静态损耗虽小，但失真严重。为了获得完好的正弦波输出，采用两只晶体管组成乙类推挽获得完好的正弦波输出，采用两只晶体管组成乙类推挽功率放大电路，如下图。功率放大电路，如下

8、图。电路的最大效率为电路的最大效率为: Pom / PV =50 %ui为正弦，为正弦，ic和和uce也是正弦即也是正弦即Q点在交流负点在交流负载线中点左右，称为甲类功率放大电路。载线中点左右，称为甲类功率放大电路。 信号的正半周信号的正半周T1T1导通、导通、T2T2截止；负半周截止；负半周T2T2导通、导通、T1T1截止。截止。 两只同类型管子在两只同类型管子在电路中交替导通的方式，电路中交替导通的方式，称为称为“ 推挽推挽 任务方式。任务方式。设设 为常量，那么负载上为常量，那么负载上可获得正弦波。输入信可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功号越大，电源提供的功率也越大。率也越大。2C

9、ESCComUVU 3. 功率放大电路的分类功率放大电路的分类 在放大电路中，假设输入信号为正弦波时，根据在放大电路中，假设输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类。晶体管在信号整个周期内导通情况分类。甲类甲类( = 2 ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类( = ) tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类( 0时时 ，T1和和T4导通，导通， T2和和T3 截止，负载上获得截止，负载上获得正半周电压；正半周电压；当当 ui 0 T1 导通导通 T2 截止截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui PCMPC PCM

10、。 改善功放管的散热，可在同样的结温改善功放管的散热，可在同样的结温TjTj下下提高提高PCMPCM，也就可提高输出功率。，也就可提高输出功率。一、热阻的概念一、热阻的概念 热在物体中传导时所遭到的阻力用热在物体中传导时所遭到的阻力用“热阻来热阻来表示。设结温为表示。设结温为TjTj，环境温度为，环境温度为Ta,Ta,那么温差那么温差T T=Tj-Ta)=Tj-Ta)与与PC PC 成正比，比例系数称为热阻成正比，比例系数称为热阻RTRT，即，即 可见，热阻可见，热阻RTRT是传送单位功率时所产生的温差，是传送单位功率时所产生的温差，单位为单位为C/WC/W；热阻是衡量晶体管散热才干的一个重要

11、；热阻是衡量晶体管散热才干的一个重要参数。参数。T=Tj-Ta=PCRTTajMCMTCMajMCMCjMjTTTTT,TTTRPRP，P，Pa 则则环境温度为环境温度为时时当当 可见，管子选定，那么可见，管子选定，那么TjM确定，确定，Ta=25C时，时，假设要假设要PCM，必，必RT。二、热阻的估算二、热阻的估算管芯管芯J向环境向环境A散热的途径有两点：管散热的途径有两点：管芯芯JC管壳管壳A；或或JCS散热片散热片A，如图示。，如图示。 设设J-CJ-C间热阻为间热阻为Rjc , Rjc , C-AC-A间热阻为间热阻为RcaRca，C-SC-S间间热阻为热阻为Rcs , S-ARcs

12、, S-A间热阻间热阻为为Rsa , Rsa , 那么晶体管散热那么晶体管散热的热阻模型如下图。的热阻模型如下图。cajcTRRR 大功率管普通要加散热器，大功率管普通要加散热器，sacsjcTcasacs,RRRRRRR 故故且且 不同管子不同管子Rjc不同；不同；Rca与管壳所用资料有关；与管壳所用资料有关；Rcs取决于晶体管与散热器之间能否加绝缘层，又决议于二取决于晶体管与散热器之间能否加绝缘层，又决议于二者接触面积和压紧程度；者接触面积和压紧程度；Rsa与散热器所用资料及外表与散热器所用资料及外表大小、厚薄、颜色和散热片安装位置等要素有关。大小、厚薄、颜色和散热片安装位置等要素有关。小

13、功率管普通不加散热器，故晶体管的等效热阻为小功率管普通不加散热器，故晶体管的等效热阻为三、功放管的散热器三、功放管的散热器 两种散热器如图示。当散热器垂直或程度放置时，有两种散热器如图示。当散热器垂直或程度放置时，有利于通风，故散热效果较好。散热外表钝化涂黑有利于热利于通风，故散热效果较好。散热外表钝化涂黑有利于热辐射，从而可减小热阻。产品手册给出的辐射，从而可减小热阻。产品手册给出的PCM是在指定散是在指定散热器及一定环境温度下的允许值；假设改善散热条件，可热器及一定环境温度下的允许值；假设改善散热条件，可获得更大一些的获得更大一些的PCM。9.4 OTL、OCL和和BTL电路因电路因PO和

14、和Au不同有多种不同不同有多种不同型号的集成电路。型号的集成电路。OTL电路运用时，需外接输出电容。电路运用时，需外接输出电容。为了改善频率特性，减小非线性失真，常在电路内部引为了改善频率特性，减小非线性失真，常在电路内部引入深度负反响。本节以低频功放为例，引见集胜利放的入深度负反响。本节以低频功放为例，引见集胜利放的电路组成、任务原理、主要性能目的和典型运用。电路组成、任务原理、主要性能目的和典型运用。9.4.1集胜利率放大电路分析集胜利率放大电路分析 LM386是一种音频集胜利放，具有功耗小，电压是一种音频集胜利放，具有功耗小，电压增益可调理，电源电压范围大，外接元件少和总谐波增益可调理，

15、电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛运用于录音机和收音机之中。失真小等优点，广泛运用于录音机和收音机之中。集胜利率放大电路集胜利率放大电路一、一、LM386LM386内部电路内部电路第一级为差分放大电路双入单出第一级为差分放大电路双入单出第二级为共射放大电路，第二级为共射放大电路，T7放大管，恒流源作有源负载，放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。以增大放大倍数。第三级中第三级中T8和和T6管复合成管复合成PNP管，与管，与NPN管管T10构成准互构成准互补输出级。补输出级。D1、D2为输出级提供适宜的偏置电压，可以为输出级提供适宜的偏置电压，可以消除交越失真。消除交越失真

16、。 T1 T1和和T3T3、T2T2和和T4T4分别构成复合管作为差分放大电路分别构成复合管作为差分放大电路放大管；放大管；T5T5和和T6T6组成镜像电流源作为组成镜像电流源作为T1T1和和T2T2有源负载。有源负载。从从T2T2管集电极输出，为双入单出电路。单端输出电路的管集电极输出，为双入单出电路。单端输出电路的增益近似等于双端输出因接有源负载。增益近似等于双端输出因接有源负载。 电阻电阻R7从输出端衔接到从输出端衔接到T2的发射极构成反响通路，并的发射极构成反响通路，并与与R5和和R6构成反响网络，从而引入深度电压串联负反响。构成反响网络，从而引入深度电压串联负反响。利用瞬时极性法可判

17、别出，利用瞬时极性法可判别出，2脚为反相输入端，脚为反相输入端，3脚为同相脚为同相输入端。电路由单电源供电，故为输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端电路。输出端5脚脚应外接输出电容后再接负载。应外接输出电容后再接负载。 引脚引脚1和和8外接电阻时，改动交流通路，所以必需在外外接电阻时，改动交流通路，所以必需在外接电阻回路串联一个大容量电容，如图示，外接电阻值不接电阻回路串联一个大容量电容，如图示，外接电阻值不同，电压放大倍数的调理范围为同，电压放大倍数的调理范围为20200，即，即2646dB。二、二、LM386LM386引脚图引脚图注：注：9.4.2集胜利率放大电路的主要性能目的

18、集胜利率放大电路的主要性能目的 除除POm外，还有电源电压范围，电源静态外，还有电源电压范围，电源静态电流，电压增益，频带宽，输入阻抗，输入偏电流，电压增益，频带宽，输入阻抗，输入偏置电流，总谐波失真等。同一负载，当电源电置电流，总谐波失真等。同一负载，当电源电压不同时，压不同时，POm不同；同一电源电压时，当负不同；同一电源电压时，当负载不同，载不同，POm也不同。也不同。集胜利率放大电路的主要性能目的见书中表集胜利率放大电路的主要性能目的见书中表9.4.1。9.4.3集胜利率放大电路的运用集胜利率放大电路的运用一、集成一、集成OTLOTL电路的运用电路的运用1. LM386外接元件最少的用

19、法外接元件最少的用法静态时输出电容上电压为静态时输出电容上电压为VCC /2最大不失真输出电压的峰最大不失真输出电压的峰峰值为电源电压峰值为电源电压VCC 。W18)22/(L2CCL2CCOm RVRVP最大输出功率为最大输出功率为输入电压有效值输入电压有效值mV2832/2uCCim AVUVCC=16V , RL=32引脚引脚1和和8开路，开路，R和和C2串联构成串联构成较正网络用来进展相位补偿。较正网络用来进展相位补偿。LM386外接元件最少的用法外接元件最少的用法3. LM386的普通用法的普通用法 LM386电压增益最大的用法电压增益最大的用法LM386的普通用法的普通用法C3使引

20、脚使引脚1和和8的交流的交流通路短路，通路短路，Au200；C4为耦合电容；为耦合电容；C5是是去耦电容。去耦电容。引脚引脚1和和5接电阻，也可接电阻，也可改动电压放大倍数。改动电压放大倍数。 2. LM386电压增益最大的用法电压增益最大的用法最大输出功率最大输出功率Pom12W最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom9.8VTDA1521为为2通道通道OCL电路，电路，可作为立体声扩音机左、右可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。其内部引两个声道的功放。其内部引入深度电压串联负反响，具入深度电压串联负反响，具有待机、静噪功能及短路和有待机、静噪功能及短路和过载维护等。过载维护等。二、集成二、集成OCLOCL电路的运用电路的运用三、集成三、集成BTLBTL电路的运用电路的运用 TD