集成功率放大电路

1、项目五 集成功率放大电路例例1： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以驱动执行机构。，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。 功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取例例2：温度控制温度控制R1-R3:标准电阻标准电阻Ua : 基准电压基准电压Rt :热敏电阻热敏电阻A：电压放大器：电压放大器RtTUOT 温度调节温度调节过程过程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功功 放放b温控室温控室A+-uo1加热元件加热元件5.2.1 功率放大

2、器的特点和要求功率放大器的特点和要求1）交直流共存）交直流共存2）直流量变交流量）直流量变交流量提高信号幅度提高信号幅度提供大输出功率提供大输出功率输入输入信号动态范围信号动态范围有一定静态电流有一定静态电流输入输入信号动态范围信号动态范围静态电流接近于静态电流接近于0 0图解法、微变等效法图解法、微变等效法图解法图解法AV、Ri、Ro等等Po、PT、等等目的目的工作特点工作特点分析方法分析方法动态指标动态指标F效率要高F失真要小F散热要好F功率要大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 (1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电流、电压要

3、求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce5.2.2 功率放大器主要性能指标功率放大器主要性能指标omomomUIP 21(2) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（电路的效率（ ）。）。Pom : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100 VomPP 5.2.2 功率放大器主要性能指标功率放

4、大器主要性能指标(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。形失真。5.2.2 功率放大器主要性能指标功率放大器主要性能指标v 放大电路工作状态分类放大电路工作状态分类有直流基础有直流基础导电角导电角= 无直流基础无直流基础BJTBJT静态截止静态截止整个周期都有整个周期都有 功率管的导电角功率管的导电角= 2= 2。 0Ci有一定直流基础有一定直流基础 非线性失真小非线性失真小效率低效率低效率高效率高 非线性失真大非线性失真大效率中效率中 非线性失真中非线性失真中v 放大电路工作状态分类放大电路工作状态分类 Rbuo UCCuiibRE射极输出器能

5、否做功率放大射极输出器能否做功率放大？? 问题讨论问题讨论RbuoUCCuiRE考虑最理想的情况：考虑最理想的情况：设负载开路，此时输出电压设负载开路，此时输出电压最大；同时忽略管子压降。最大；同时忽略管子压降。uotuoibicuceQUCC首先做负载线首先做负载线确定工作点确定工作点Q注意是注意是uo而不是而不是uceECCRU忽略晶体管的饱和压降忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：的峰值最大只能为：QIcuCEUCC直流负直流负载线载线UCEQ = 0.5UCC 设静态工作点：设静态工作点：CComUU5 . 0 ECCRU交流负交流负载线载线I

6、CQ = 0.5UCC / REou%25max VOmPP 1. 直流电源输出的功率直流电源输出的功率2. 最大负载功率最大负载功率3. 最大效率最大效率ECCCQCCVRUIUP22 ECCCEQCQomomomRUUIUIP821212 如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：减小静态损耗办法：减小静态损耗。即降低。即降低Q点位置。点位置。既降低既降低Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法： 互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。缺点：缺点：会引起截止失真。会引起截止失真。互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出

7、变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路）电路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：5.2.3 无输出电容功放电路无输出电容功放电路OCLui-USCT1T2uo+USCRLiL1） 由由NPN型、型、PNP型三型三极管构成两个对称的射极管构成两个对称的射极输出器对接而成。极输出器对接而成。2） 双电源供电。双电源供电。3） 输入输出端不加

8、隔直输入输出端不加隔直电容。电容。1、结构特点、结构特点:NPNPNP因此，不需要隔直电容。因此，不需要隔直电容。ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0Vui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;ic2ui 0VT1截止，截止，T2导通导通T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为式，称为。ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 iL= ic2 交越失真交越失真(cross over distortion)(cross over distortion)交越失真交越失真ui tuo tui-USCT1T2u

9、o+USCRLiL交越失真交越失真死区电压死区电压uiuouo-uo +tttt输入信号输入信号 u ui i在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真。为交越失真。ui 0Vui 0Vic2三极管输三极管输入特性入特性(1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 乙类放大的特点：乙类放大的特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL假设假设u ui i 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，V V1 1、V V2 2导通时均能饱和，此时输出导通

10、时均能饱和，此时输出达到最大值。达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：iL-UCCRLuiV1V2UL+UCC若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降，压降，omomCCCCLUUUIR 2m1222CCCCCCoLLUUUPRR 每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为： tic1CCLUR01sin()2CCCCLLUUItdtRR 212222CCCCEEECCCCLLUUPPPUIURR效率为：效率为：m78.5%4oEPP 功率管的极限参数有：功率管的极限参数有：（

11、1）集电极的最大允许功耗：）集电极的最大允许功耗：.2cmomPOP （2）最大耐压：）最大耐压：()2BR ceoCCUU （3）集电极的最大电路：）集电极的最大电路：CCcmLUIR 交越失真产生的原因：交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在在于晶体管特性存在非线性，非线性，ui 0Vui 0时，时，VF上升上升FT1导通，导通，T2截止。截止。+0.6V-0.6V 动动态时态时 电路中增加电路中增加 R1、VD1、VD2、R2支路。支路。VB2ui 0Vui 0VR1VD1VD2R2+UCC-UCCuiiLRLT1T2ic2T1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一

12、个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源供电。ui= 02 CCCUu 2CCAUV , IC1 0， IC2 0OTL原理电路原理电路RLuiT1T2+UCCCAuO+-+-5.2.4 无输出变压器功放电路无输出变压器功放电路OTLRLuiT1T2Auo+-+- 设输入端在设输入端在UCC/2 直流基础上加入正弦信号。直流基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，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。则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路交流通路uo(

13、4) 输出功率及效率输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：78.5%4omEPP uLULmaxuitt22CCECCLUPUIR 2128CComomomLUPUIR22CCCComomLUUUIR、2CCU 应用体验应用体验多媒体音箱多媒体音箱 什么是多媒体音箱什么是多媒体音箱 多媒体音箱多媒体音箱电路电路 应用体验应用体验扩音器扩音器增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合复合NPN型型复合复合PN

14、P型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb5.2.5 用复合管组成互补功放用复合管组成互补功放复合管的复合管的是两个管是两个管1 1、2 2的乘积。的乘积。复合管的管型取决于推动管。复合管的管型取决于推动管。使用复合管时，要注意的问题是：输出使用复合管时，要注意的问题是：输出管的输入电流应与推动管的输出电流一管的输入电流应与推动管的输出电流一致。致。复合管的特点复合管的特点 特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适工作可靠、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。当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功

15、放LM386：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为18V 5.2.6 集成功率放大器集成功率放大器集成功放集成功放 LM386管脚说明管脚说明:6 - 电源端（电源端（ Vcc）4 - 接地端（接地端（ GND）2、3 - 输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地） 5 - 输出端输出端 （经（经220 电容接负载）电容接负载）7 - 接旁路电容（接旁路电容（20 ）1、8 - 设定放大倍数设定放大倍数用用LM386组成组成OTL应用电路应用电路去耦电容去耦电容调节增益调节增益专指去除芯片专指去除芯片电源管管脚上的噪声电源管管脚上的噪声,该噪声是芯片本身工该噪声是芯片本身工作产生的。作产生的。1 - 2 -