模拟电子技术-行动导向式教程 课件 子项目 6 功率放大电路

模拟电子技术功率放大电路概述功率放大电路特点1功率放大电路主要技术指标2功率放大电路分类3——目录——乙类互补对称电路41、三种基本放大电路：共射、共集、共基3、差动放大电路2、级联放大电路4、功率放大电路，简称功放放大电路：问题导航小信号放大大信号放大功率放大电路：以最小的失真，最高的效率向负载提供尽可能最大的输出功率的放大器，称为功率放电路，简称功放。功放既不是单纯追求输出大电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大功率，效率要高，非线性失真要小，功放管安全。功率放大电路特点1.最大输出功率功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率，用Po表示。如果输入信号幅值足够大，负载可获得的最大交流功率，称为最大输出功率，用Pom表示。2.最高效率负载得到的有用信号最高功率Pom与对应的电源提供的直流功率PD的比值称为最大效率，用表示

max表示，

max

＝Pom/PD，比值越大，效率越高。3.非线性失真系数THD功率放大电路主要技术指标Uom

表示输出电压幅值，Iom

表示输出电流幅值。

三极管的非线性引起放大电路输出波形失真，这种失真称为非线性失真。我们用非线性失真系数THD描述，普通扩音机功放的THD不得大于1%。Uomm

表示最大不失真输出电压幅值，Iomm

表示最大不失真输出电流幅值。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角度分类可分为：甲类(

=2

)

tiCO

Icm

2ICQ

tiCO

Icm

2ICQ乙类(

=

)

tiCO

Icm

ICQ2甲乙类(

<

<2

)功率放大电路分类低频功放工作在甲类或甲乙类。图1功率放大电路分类乙类互补对称电路一、电路组成及工作原理iC1iC2不考虑三极管的开启电压。静态分析：RLT1T2+VCC+ui

+uo

VCCEBui正半周，T1导通，T2截止。电流通路为：+VCC→T1→RL→地。uo≈uiui负半周，T2导通，T1截止。电流通路为：地→RL→T2→-VCC。uo≈ui

结论：两只三极管交替工作，称为互补管，每只管子导通半个周期。T1、T2均截止，VB=VE=0动态分析：图2乙类互补对称电路二、基本参数及功率管选择2.最大输出功率：4.效率3.电源供给功率交流最大输出功率时的直流电源功率：实际效率约为60%1.最大不失真输出电压与电流峰值分别为：乙类互补对称电路RLT1T2+VCC+ui

+uo

VCC图3乙类互补对称电路每只管子最大管耗为：0.2Pom6.选管原则：参数要有一定的冗余量PCM＞0.2PomU(BR)CEO＞2VCCICM＞VCC/RLRLT1T2+VCC+ui

+uo

VCC5.最大管耗值乙类互补对称电路图4乙类互补对称电路2、低频功率放大电路有甲类、乙类、甲乙类功放电路；本课小结3、乙类互补对称电路两只三极管交替工作，每只管子导通半个周期，但负载

获得全周期信号。1、功率放大电路是放大大信号，要求输出功率大，效率高，非线性失真小；主讲人：模拟电子技术电流源电路镜像电流源电路1比例电流源电路3——目录——微电流源电路2多路电流源电路4问题导航电流源具有哪些作用和特点呢？电流源的作用：为放大电路提供合适的偏置电流作为放大电路的有源负载电流源的特点：动态等效电阻很大，理想时可达∞。直流压降较低，理想时可为0。I0电流源符号：镜像电流源UBE1=

UBE2I0≈

IREF1.镜像电流源电路电流源电路IREF=(VCC-UBE1)/R结构特点：（1）V1管接成二极管形式，与电阻R一起为电路提供基准电流IREF。

（2）V2的集电极产生恒定电流IO。

（3）V1与V2参数对称。I0V1RV2IREF+VCC2.微电流源电流源电路微电流源I0R2=

UBE1

–UBE2V1+VCCR2RI0V2IREFUBE1UBE2

为了尽可能降低放大电路的功耗、提高对电源电压及温度变化的稳定性，在集成电路中常采用微电流源电路作为放大电路的直流偏置电路。镜像电流源R的阻值太大I0V1RV2IREF+VCC电流源电路3.比例电流源比例电流源V1+VCCR2RR1I0V2IREFUBE1UBE2UBE1

UBE2电流源电路4.多路电流源多路电流源V1+VCCR2RR1I02V2IREFR3I03V3电流源的应用在集成电路中常用恒流源代替放大电路的电阻，称其为有源负载。。+UCCT2RIc2T1IRuiu0-UEE代替电阻RC+UCCT2RIc2T1uiu0-UEE代替电阻RE+UCCT2Ic2T1uiu0-UEEIc1代替电阻RC代替电阻RE有源负载应用本课小结电流源电路的类型：

镜像电流源、微电流、比例电流源、多路电流源。2.电流源电路的应用：电路应用中常用于偏置电路和有源负载。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术差分放大电路基本差动放大电路1长尾差动放大电路2具有恒流源的差动放大电路3——目录——零点漂移概念：直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。问题导航零点漂移原因：受温度变化，电源电压不稳等因素的影响，使静态工作点发生变化，并被逐级放大和传输，导致电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象，它又被简称为：零漂。放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。

在漂移现象严重的情况下，往往会使有效信号“淹没”，使放大电路不能正常工作。抑制零漂的有效方法：1、引入直流负反馈以稳定Q点；2、利用热敏元件补偿放大器的零漂；3、采用差分放大电路。图1直接耦合级联放大电路uitOui=0uotOuo≠0基本差动放大电路一、电路组成二、电路特点两个三极管双电源供电两个输入端两个输出端两个电阻RC两个电阻RB元件参数对称ui1=ui2

时，uo=vc1-vc2

=0。元件参数不对称

ui1=ui2

时，uo=vc1-vc2

≠0，存在零点漂移，怎么办？在理想的情况下：零输入零输出，抑制了共模信号，克服零点漂移。电路对称T1VCCT2VEERCRCui1ui2uovc1vc2RBRB图2基本差动放大电路两个基本概念

共模信号：大小相等，极性相同，ui1=ui2

差模信号：大小相等，极性相反，ui1=-ui2

长尾差动放大电路一、电路组成发射极电阻RE，抑制零点漂移。二、电路特点电阻RE能有效抑制零点漂移ui1=ui2

时，uo≈0。具有基本差动放大电路特点；RET1VCCT2VEERCRCui1ui2uovc1vc2RBRB图3长尾差动放大电路长尾差动放大电路三、静态分析选合适的VEE、Re、Rc就可得到合适的静态工作点。晶体管输出电压关系：RET1VCCT2VEERCRCui1ui2uovc1vc2RBRB输入回路电压方程：RB小，且IBQ很小：图4长尾差动放大电路图5长尾差动放大电路直流电路T1+VCCT2VEERCRC2REuoVEEICQ1ICQ2IEQ1IEQ2VCQ1VCQ2RBRBIBQ1IBQ22REIEQ1IEQ2长尾差动放大电路四、共模信号输入动态分析共模信号：ui1=ui2共模输出电压：uic=ui1=ui2共模输入电压：uoc=uC1

–uC2=0大小相等，极性相同图7共模信号交流通路共模电压放大倍数：RE引入负反馈，电路参数对称时，共模信号被抑制。ui1T1+VCCT2VEERCRCREuocui2uC1uC2RBRB2RE2RET1T2RCRCuocuicuC1uC2uicRBRB图6长尾差动放大电路长尾差动放大电路差模信号ui1=–

ui2差模输入电压uid=ui1

–

ui2=2ui1

图9差模信号交流通路差模输出电压uod=uo1

–uo2=uo1–(–

uo1)=2uo1差模电压放大倍数Rid=2（RB+rbe）差模输入电阻差模输出电阻Ro=2RC大小相等，极性相反四、动态分析：差模信号输入放大差模信号，放大倍数与单管放大电路一致。=–

ui2ui1T1+VCCT2-VEERCRCREuodui2uC1uC2RBRB=–

ui2ui1T1T2RCRCREuodui2uo1uo2RBRB图8长尾差动放大电路长尾差动放大电路共模抑制比：分贝数表示：差动放大电路特点：抑制共模信号，放大差模信号2.电阻RE越大，抑制共模信号能力越强。1.电路对称。长尾差动放大电路的问题？因为恒流源交流电阻大，直流电阻小。解决措施：用恒流源代替RE，提高方法：问题：电阻RE大，直流电源电压VEE大，才能满足静态偏置条件。=–

ui2ui1T1+VCCT2VEERCRCREuodui2uC1uC2图10长尾差动放大电路具有恒流源的差动放大电路V3、V4

构成比例恒流源电路简化画法ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEEI0ui1T1+VCCT2RCuoui2RCVEER2R3IC3T3T4IREFIC4R1图11具有恒流源的差动放大电路图12简化画法本课小结基本差动放大电路：长尾差动放大电路：具有恒流源的差动放大电路：电路对称时，能放大差模信号，抑制公模信号。差动放大电路作用：长尾电阻抑制共模信号，对差模信号放大能力没影响，以及电路对称，共模抑制比大。但是，由于RE的接入，需要大直流电源不利。恒流源具有交流电阻大，直流电阻小的特性，电路能够很好的抑制共模信号，放大差模信号；同时，也不需要大直流电源。它是最完美的差动放大电路。放大差模信号，抑制公模信号，抑制零点漂移，常用作电路输入级。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术具有电流源的差分放大电路电流源差分放大电路1——目录——差分放大电路的调零2问题导航2.电阻RE大，抑制共模信号能力越强。电阻RE大的问题：直流电源电压大，才能满足静态偏置。ui1V1+VCCV2VEERCRCREuodui2uC1uC2提高1.电路对称。长尾差分放大电路的问题？交流电阻大，直流电阻小电流源：方法解决的办法:用电流源取代RE电流源差分放大电路V3、V4

构成比例电流源电路简化画法ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEEI0ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREFIC4R1例3.3.3

=100(1)求静态工作点；(2)求电路的差模Aud，Rid，Ro。[解](1)

求“Q”ICQ1=ICQ2=0.5I0UCQ1=UCQ2=6–0.427.5=2.85(V)(2)求Aud，Rid，RoRo=2RC=15(k)ui1V1+VCCV2RCuoui2RCVEER2R3IC3V3V4IREF+6V

6V100

100

7.5k

7.5k

6.2k

RcT1T2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCI恒流源电路及电路调零措施带调节电位器RW的恒流源电路调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。差分放大电路的调零本课小结1.由于电流源有很大的动态电阻，故采用电流源的差分放大电路其共模抑制比可提高1~2个数量级，所以在实际电路中得到广泛应用。2.带调节电位器RW的恒流源电路，可以通过调节电位器RW的滑动端位置可使电路在uI1=uI2=0时，uO=0。谢谢观看主讲人：主讲人：模拟电子技术OCL功率放大电路甲乙类互补对称电路1复合管（达林顿管）2OCL功率放大电路举例3——目录——如果考虑三极管的死区电压，乙类互补对称电路输出波形怎样？结论：当输入电压小于三极管死区电压时，三极管截止，引起的失真称为交越失真。iC1iC2图1乙类互补对称电路问题导航图2交越失真波形图甲乙类互补对称电路当ui=0，T1、T2

微导通。当ui

>0：当ui

<0：D1、D2给T1、T2提供静态电压图4UBE倍增电路图3甲乙类互补对称电路ui正半周，T1导通，T2截止。电流通路为：+VCC→T1→RL→地。uo≈uiui负半周，T2导通，T1截止。电流通路为：地→RL→T2→-VCC。uo≈ui复合管（达林顿管）复合管的组成：多只三极管合理连接等效成一只三极管。目的：增大电流放大倍数β，减小前级驱动电流；改变三极管类型。NPN+NPNNPNPNP+PNPPNPNPN+PNPNPNPNP+NPNPNP图5常见复合管连接复合管组成规则：(2)复合管型号与第一只三极管型号相同；(1)应保证三极管内接的两只管脚电流方向一致；复合管（达林顿管）(3)

1

2；(4)rbe=rbe1+(1+

1)rbe2。

接有泄放电阻的复合管：ICEO1

2ICEO1R泄放电阻减小复合管连接举例：

复合管（达林顿管）图6错误连接的复合管图8接泄放电阻的复合管图7错误连接的复合管OCL功率放大电路举例T2、T3—构成NPN型复合管T5、T6—构成PNP型复合管R6—穿透电流泄放电阻R10、R11—过流保护电阻，能够稳定静态工作点、大小只