第八章功率放大电路.

1、功率放大电路第八章8.1功率放大电路功率放大电路概述概述8.2互补功率放大电路互补功率放大电路8.3功率放大电路功率放大电路的安全运行的安全运行8.4集成功率放大集成功率放大电路电路本章重点和考点：本章重点和考点：1.重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。和效率的计算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？电路有什么区别？2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？什么是晶体管的甲类、乙类和甲

2、乙类工作状态？3.晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？4.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？8.1功率放大电路功率放大电路概述概述能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路功率放大电路，简称，简称功放功放。功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大，三极管极限工作大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高要高失真要小失

3、真要小8.1.1功率放大电路的特点功率放大电路的特点一、主要技术指标一、主要技术指标1.最大输出功率最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为交流功率，表达式为PoIoUo。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率获得的最大交流功率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直流功率之功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。直流功率等于电源输出电流平均值及电压

4、之积。3.最大输出电压最大输出电压Uom二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散散热条件热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管管压降最大时接近晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO晶体管耗散功率最大时接近晶体管耗散功率最大时接近PCM三

5、、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法采用图解法采用图解法1.输出功率大输出功率大2.效率要高效率要高3.非线性失真要小非线性失真要小4.散热问题散热问题电源供给的直流功率电源供给的直流功率率率负载得到的交流信号功负载得到的交流信号功 OOOECCavPU IPUI IUIUPmm0000021放大电路的工作状态放大电路的工作状态甲类甲类( ( 2 ) )放大电路的工作状态放大电路的工作状态乙类乙类( ( ) )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( ( 2 ) )乙类

6、工作状态失真大，静态电流为零乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高，管耗小，效率高。甲乙类工作状态失真大，甲乙类工作状态失真大， 静态电流小静态电流小 ，管耗小，效率较高。，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。放大电路的工作状态放大电路的工作状态 20C)(21tduiPCEC故故越小，效率越高越小，效率越高管耗管耗功率放大电路的分类功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在放大电路中，若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在信号整个周期内导通情况分类甲类甲类

7、( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类( ( 0 V1 导通导通 V2 截止截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0 V1 导通导通 V2 截止截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0.2 PomU(BR)CEO 2VCCICM VCC / RLRLV1V2+VCC+ui +uo VEE4. 管耗管耗第第 3 章放大电路基础章放大电路基础例例 1 已知：已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略忽略 UCE( (

8、sat) ) 求求 Pom 以及此时的以及此时的 PDC、PC1，并选管。，并选管。)W(36822422LCC2om RVP 解解 PDC= 2V2CC / RL= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W)(21oDCC1PPP = 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W)W( 2 . 7362 . 0m1C PU(BR)CEO 48 VICM 24 / 8 = 3 (A)可选：可选：U(BR)CEO = 60 100 VICM = 5 APCM = 10 15 WRLV1V2+VCC+ui +uo VEE一一、甲乙类双电源互补对称功率放大电路、甲乙类双电源互补对称功率放大电路给

9、给 V1、V2 提提供静态电压供静态电压 tiC0 ICQ1ICQ2克服交越失真思路：克服交越失真思路：电路：电路：RLRV3V4V1V2+VCC+ui +uo VEEV5当当 ui = 0 时，时，V1、V2 微导通。微导通。当当 ui 0 ( ( 至至 ) )，V2 微导通微导通 充分导通充分导通 微导通；微导通； V1 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。克服交越失真的电路克服交越失真的电路V1V2V3V4)(212BE3CE3RRRUU 实际实际电路电路V4RL+VCC+uo V1V2V3 VEER*1R2R3R4V1V2V3R2R1RL+VCC+uo V1V2V3V4V5 VEE

10、+ui R二、复合管互补对称放大电路二、复合管互补对称放大电路1. 复合管复合管( (达林顿管达林顿管) )目的：实现管子参数的配对；提高电流放大倍数目的：实现管子参数的配对；提高电流放大倍数ib1(1 + 1) ib1(1 + 1) (1 + 2) ib1= (1 + 1 + 2+ 1 2) ib1 1 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 2(1+ 1) ib1 1 ib1ibicie( 1 + 2 + 1 2) ib1V1V2V1V2NPN + NPNNPNV1V2PNP + PNPPNPV1V2NPN + PNPNPNV1V2PNP + NPNPNP构成复合管的规则构成复

11、合管的规则：1) ) B1 为为 B，C1 或或 E1 接接 B2 ， C2、E2 为为 C 或或 E；2) ) 应保证发射结正偏，集电结反偏；应保证发射结正偏，集电结反偏；3) ) 复合管类型与第一只管子相同。复合管类型与第一只管子相同。V1V2 练习：练习：接有泻放电阻的复合管：接有泻放电阻的复合管：V1V2ICEO1 2 ICEO1R泻放泻放电阻电阻减小减小复合管总的穿透电流减小。复合管总的穿透电流减小。V1、V3 NPNV2、V4 PNPR3 、R5 穿透电流泄放电阻穿透电流泄放电阻RE1 、RE2 稳定稳定 “Q”、过流保护、过流保护取值取值 0.1 0.5 V5 V7、RP 克服交

12、越失真克服交越失真R4 使使 V3、V4 输入电阻平衡输入电阻平衡V8 构成前置电压放大构成前置电压放大RB1 引入负反馈，提高引入负反馈，提高Q点稳定性。点稳定性。UE UB8 IB8 IC8 UB3 UE 准互补对称电路准互补对称电路2. 复合管互补对称电路举例复合管互补对称电路举例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo +ui +V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8-VEE一、一、OTL 乙类互补对称电路乙类互补对称电路2CCV在输入信号的正半在输入信号的正半周，周，VT1 导通，导通，iC1 流过流过负载；负载；负半周，负半周，VT2导通，导

13、通，iC2 流过负载。流过负载。在信号的整个周期在信号的整个周期都有电流流过负载，负都有电流流过负载，负载上载上 iL 和和 uO 基本上是正基本上是正弦波。弦波。存在的问题：存在的问题：交越失真交越失真交越交越失真失真8.2.3 单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路 OTL电路电路( (Output Transformerless ) )2. OTL 乙类互补电路图解分析乙类互补电路图解分析Icm1 = Icm2 Icm，Ucem1 = Ucem2 = Ucem，CESCCcem2UVU L2cmCC0cmCCV2)(dsin12CCRVIVttIVP %5 .78Vom P

14、P LCCLCESCCLcemcmcemomRVRUVRUIUP 281)2(212121222RLRBV4VEE+VCCV5V1V2CERERB1RB2+uo +ui +CE电容电容 C 的作用：的作用：1) )充当充当 VCC / 2 电源电源2) )耦合交流信号耦合交流信号 2 CCE/VU 当当 ui = 0 时，时， 2 CCC/VU 1.电路结构电路结构二、二、OTL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路RLRBV4VEE+VCCV5V1V2CERERB1RB2+uo +ui +CE 2 CCE/VU 当当 ui = 0 时，时， 2 CCC/VU 当当 ui 0 时时：V2 导通

15、，导通，C 放电放电，V2 的等效电源电压的等效电源电压 0.5VCC。当当 ui 0时时 ，T1和和T4导通，导通， T2和和T3 截止，负载上获得正截止，负载上获得正半周电压；半周电压；当当 ui0时时 ，T2和和T3导通，导通， T1和和T4 截止，负载上获得截止，负载上获得负半周电压。负半周电压。因而负载上获得交流功率因而负载上获得交流功率工作时工作时，8.3实际的功率放大电路实际的功率放大电路8.3.1OTL 音频功率放大电路音频功率放大电路中中间间级级前前置置放放大大级级功功率率放放大大级级1. 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数1011 . 01 . 01014144iof RRR

16、FUUAu2. 最大输出功率最大输出功率Lom2om2RUP V 4.5V)5 . 01212(2R11CESCCom UUVU W63. 0W)165 . 421(22Lom2om所以所以 RUP8.3.2OTL 高保真功率放大电路高保真功率放大电路高保真高保真 OTL 功率放大电路功率放大电路1. 闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数5 .3662. 062. 022b2Fb2iof RRRUUAu2. 最大输出功率最大输出功率Lom2om2RUP V7 . 91V)18 . 027 . 0124(Re9BE9BE7Re4EC4CCom UUUUUVU W3 .24W)87 .1921(22L

17、om2om RUP所以所以OTL、OCL和和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。8.4.1集成功率放大电路分析集成功率放大电路分析LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。特点特点: :工作可靠、使用方便。只需在器件外部工作可靠、使用方便。只需在器件

18、外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。适当连线，即可向负载提供一定的功率。一、一、LM386内部电路内部电路LM386内部电路原理图内部电路原理图第一级差分放大电路第一级差分放大电路（双入单出）（双入单出）第二级共射放大电路第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）（恒流源作有源负载）第三级第三级OTL功放电路功放电路输出端应外接输出电输出端应外接输出电容后再接负载。容后再接负载。电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。二、二、LM386的电压放大倍数的

19、电压放大倍数1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时Uf=UR5+UR6Ui/2 OiOfUURRRRRUUF276565202)1 (2657657RRRRRRUUAiOu2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时RRRRAu/26573.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时200257RRAu4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数657)/(2RRRRAu电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节，调节范围为调节范围为20200。三、三、LM386引脚图引脚图LM386的外形和引脚的外形和引脚8.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）集成功率放大