功率放大电路的分类及特点分析

1、教育目的1 .掌握互补功率放大电路的工作原理，熟悉实际的放大器OCL电路2、掌握LM386集成放大器的工作原理、管脚图及其使用教育的重点和难点1 .计算互补功率放大电路的最大输出功率、转换效率和最大输出电压2、LM386集成放大器的应用教育小时数第四学期教育内容第一节功率放大电路的概要一、功率放大电路的特征二、放大电路的结构第二节互补功率放大电路一、OCL电路的构成和工作原理二、OCL电路的输出功率和效率第三节集成功率放大电路一、集成功率放大电路的分析二、集成功率放大电路的主要性能指标三、集成功率放大电路的应用电子教案第四学期本章就以下几点进行说明1 .功率放大是放大功率吗？ 电压放大电路和功

2、率放大电路的区别是什么？2 .晶体管的甲类、乙类和甲乙类的动作状态是？3 .晶体管的最大功耗是电路的最大输出功率吗？ 晶体管的功耗最大时，电路的输出功率最大吗？4 .互补放大器电路的输出功率是单管放大器电路的两倍吗？5 .如果发现电源电压相同，负载电阻也相同，如何估计最大输出功率？6 .知道电源电压相同，负载电阻也相同的情况下，电路形式不同的放大器的最大输出是否相同？ 这些和电路中的晶体管的工作状态有关系吗？7 .如何选择放大器管和小功率放大电路晶体管的区别？9.1功率放大电路的概要(45分钟)放大器不仅仅追求输出高电压，不仅仅追求输出大电流，还追求在电源(直流)电压确定的情况下输出尽可能大的

3、电力。放大器电路要求：1.Pomax大，晶体管极限工作2.h=Pomax/PV高3 .失真小9.1.1功率放大电路的特征一、主要技术指标1 .最大输出Pom功率放大电路供给负载的信号功率称为输出功率。 是交流电力，表现为Po=IoUo。最大输出功率是在确定电路参数的情况下，负载可能得到的最大交流功率2 .转换效率功率放大电路的最大输出功率和电源供给的直流功率之比。 直流电力等于电源输出电流的平均值与电压之积。3 .最大输出电压Uom二、功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为了尽可能增大输出功率，晶体管工作需要处于极限应用状态。晶体管的集电极电流最大时接近ICM晶体管电压降最大时接近U(BR

4、)CEO晶体管的功耗最大的情况下接近PCM怎么选择放大器管呢？为了注意极限参数的选择，也要注意散热条件，需要安装适当的散热片和各种保护措施三、功率放大电路的分析方法采用图解法9.1.2功率放大电路的结构另一方面，为什么共射放大电路不应该作为功率放大电路使用？图9.1.1小功率共射放大电路的输出功率和效率分析1 .输入信号不起作用的情况下：从直流电源供给的直流电力是ICQ VCC，即图中的矩形ABCO的面积。集电极电阻RC的功率损耗是I2CQRC即图中矩形QBCD的面积。晶体管的集电极放电功率是ICQ UCEQ即图中矩形AQDO的面积。2 .输入信号为正弦波、集电极电流也为正弦波时：从直流电源供

5、给的直流电力不变由R/L(=RC/RL )得到的最大交流电力P/Om即，图9.1.1中三角形QDE的面积通过负载电阻RL获得的功率PO是POm的一部分。3 .结论：共射放大电路输出小，效率低(25，45 )，所以不应该放大。二、变压器耦合功率放大电路1 .电路2 .工作原理：变压器的初级线圈电阻可以忽略，直流负载线垂直于横轴且过(VCC，0 )。电源供给的电力为PV=ICQ VCC，全部消耗在管道上。RL相当于原来的边的电阻可以建立交流负载线。在理想变压器的情况下，最大输出为输入信号为正弦波时，集电极电流也为正弦波时直流电源供给的电力不变： PV=ICQ VCC电路的最大效率为： Pom/PV

6、=50 3 .实用的变压器功率放大电路如果想把输入信号设为零，电源不供给电力，输入信号越大，得到负载的电力也越大，电源供给的电力也越大，效率提高。变压器耦合乙类推推挽功率放大电路图9.1.3电路分析：没有输入信号，双重管断开有输入信号，二管交替导通重要概念：推挽同类型的管与电路交替导通的方式称为“推挽”动作方式。重要概念：功率放大电路的分类在放大电路中，在输入信号为正弦波的情况下，根据晶体管以信号的全周期导通的情况来进行分类晶体管根据导通时间分为以下四种状态。三、没有输出变压器的电力电路Output Transformerless(OTL电路)使用大容量电容器代替变压器(电容器：数百数千微法的

7、电解电容器)，如图9.1.4所示。图9.1.4 OTL电路1 .电路结构的特征：单电源供给。 T1和T2的特性是对称的2 .工作原理分析：静态时：因为前级电路将基极电位设为VCC/2，将发射极结电位设为VCC/2，所以电容器上的电压也设为VCC/2。工作时： T1和T2交替导通，电路成为发射极跟踪状态。3.OTL乙级放大器电路存在问题：在OTL在乙级运行的状态下，发生瞬变。4 .问题：如何解决？ (9.2.1解决)四、没有输出电容器的功率放大电路outputcapacitaness(ocl电路)1 .电路图图9.1.5 OCL电路2 .电路结构的特征：双电源供给，T1和T2特性对称3 .工作原

8、理分析：静态时： T1和T2都关闭，输出电压为零。工作时： T1和t-2交替工作，正和负电源交替供电，并在输出和输入之间双向跟踪。重要概念：互补不同种类的两个晶体管交替动作，构成发射器输出形式的电路被称为“互补”电路两根管子的交替工作方式叫做“互补”的工作方式。五、桥推挽功率放大电路Balanced Transformerless(BTL电路)图9.1.6 BTL电路1 .电路配置的特征：单电源供给，4根管的特性对称2 .工作原理分析：静态情况下，四个晶体管都关闭，输出电压为零。工作时，ui0时，T1和T4导通，T2和T3截止，负载得到正的半周期电压在ui0中，T2和T3导通，T1和T4截止，

9、负载得到负的半周期电压。因此，在负载上得到交流电力总结：1 .功率放大电路以确定了电源电压的情况下，能够输出最大无失真的信号功率并具有尽可能高的转换效率为原则，放大器管总是在极限应用状态下动作。2 .低频放大器电路包括变压器耦合乙类推转换电路、OTL电路、OCL电路和BTL电路。复习：1 .放大器电路的性能指标：最大输出电压、最大输出功率和效率2 .放大器电路的分类：甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类变压器耦合、OTL、OCL、BTL9.2互补功率放大电路(90分钟)现在使用最广泛的放大器是OTL电路和OCL电路本节主要掌握放大器电路的构成原则掌握OCL的工作原理、特征。9.2.1OCL电路的构成

10、和工作原理一、电路结构1 .电路配置的特征：b级互补功率放大电路如图9.2.1所示。 NPN、PNP的特性由相同的互补晶体管构成。 这种电路也被称为OCL互补功率放大电路。图9.2.1级互补功率放大电路2 .工作原理分析：当输入信号为正的半周期且大幅度地大于晶体管的导通电压时，NPN型晶体管导通，在负载RL中流过电流，在图中的方向上从上到下，与正方向相同。当输入信号为负的半周期，比晶体管的导通电压大幅度地大时，PNP型晶体管导通，在负载RL中流过电流，在图中的方向上从下向上，与正方向相反。因此，两个晶体管使正的半周期和负的半周期交替地电导通，在负载上合成正的半周期和负的半周期，得到完全无失真的

11、波形。 如图9.2.2所示。(a )波形图(动画17-1) (b )串扰(动画17-2 )图9.2.2系互补功率放大电路波形的合成严格地说，当输入信号小时，晶体管未达到导通电压，晶体管不导通。 因此，正和负的半周期交替过零时出现非线性失真，这种失真称为越境失真。3 .如何消除越境失真在晶体管上加上一点偏移，可以在PS级上工作。 此时的互补功率放大电路如图9.2.3所示。(a )通过二极管供给偏置电压(b )通过晶体管恒压源供给偏置电压图9.2.3级互补功率放大电路9.2.2OCL电路的输出功率和效率1 .最大非失真输出Pomax使互补功率放大电路为b级工作状态，输入为正弦波。 忽略晶体管的饱和

12、电压降，负载上的最大非失真功率2 .电源电力PV直流电源供给的电力是正弦波的一半的平均电力，信号越大，电流越大，电源电力也大。明确了PV几乎与电源电压的平方成比例。3 .晶体管的管消耗PT从电源输入的直流电力的一部分被晶体管转换为输出电力，剩馀的部分被晶体管消耗，成为晶体管的管消耗。 很明显把PT画成曲线，如图9.2.4所示。 显然，管损与输出幅度有关，管损与输出幅度有关，图17.05中斜线的部分表示管损，PT与Vom处于非线性关系，具有最大值。 可以用PT导出Vom的方法找到这个最大值。 PTmax发生在Vom=0.64VCC中，如果将Vom=0.64VCC代入PT式，PTmax就会晶体管对

13、图9.2.4乙类互补功率放大电路的管理费4 .效率Vom=VCC时效率最高，=/4=78.5%。9.2.3OCL电路中晶体管的选择一、最大管电压降UCEmax=2VCC二、集电极最大电流三、集电极最大功耗参照手册选择晶体管时，请使用极限参数。的参数BUCEO2VCCPS PS/PSPCM0.2Pom在图9.2.2所示电路中，VCC=15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管电压降UCES=3V，电压放大率约为1，负载电阻RL=4欧姆(1)求出在负载中得到的最大功率和效率(2)如果输入电压的最大有效值为8V，负载得到的最大功率是多少？解(1)因为uoui，所以是UOm8V。 最大输出总结：1 .放

14、大器的输入信号幅度很大。 分析时必须采用图解法。(1)求出放大器电路的负载中可能得到的交流电压的振幅(2)求出放大器电路的负载得到的最大交流电力(3)求电源供给的直流平均功率(4)求变换效率2.OCL电路是直接耦合电力电路，为了消除串扰，必须在甲乙双方的状态下工作。9.3功率放大电路的安全运行(省略)9.3.1放大器管的二次屈服9.3.2放大器管的散热问题9.4集成功率放大电路(45分钟)OTL、OCL、BTL电路分别具有不同电压增益的多种形式的集成电路。 只需外置少量元件，就能成为实用电路。本节主要掌握集成放大器的电路结构、工作原理、主要性能指标和典型运用。9.4.1集成功率放大电路的分析L

15、M386是一种内置音频放大器，具有功耗小、电压增益可调节、电源电压范围宽、外接部件少、总谐波失真小等优点，广泛用于录音机和收音机。图9.4.1 LM386内部电路图一、LM386内部电路1 .电路2 .电路分析第1级差动放大电路(双输入单输出)第2级共射放大电路(以恒流源为有源负载)第三级OTL放大器电路请在输出端子上外置输出电容器后连接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射器以形成反馈路径，并且与R5、R6组成反馈网络以在深度电压上串联引入负反馈。二、LM386的电压放大率1 .引线1和8之间断开的情况Uf=UR5 UR6Ui/22 .在引线1和8之间外置电阻r的情况下3 .端子1和8间交流

16、信号相当于短路的情况4 .也可以在端子1和5之间外置电阻，改变电路的电压放大率结论电压放大率可调节，调节范围为20200。图9.4.2 LM386的外形和引脚的排列三、LM386引脚图9.4.2集成功率放大电路的主要性能指标(略)9.4.3集成功率放大电路的应用一、集成OTL电路的应用1.LM386外部设备的最小使用方法电路图9.4.3静态时输出电容器的电压为VCC /2没有最大失真的输出电压的峰值-峰值为电源电压VCC最大输出功率是输入电压有效值图9.4.4 LM386电压增益最大的使用方法2.LM386电压增益最大的使用方法电路图9.4.4在导线1和导线8上连接10uF电解电容器，1和8之间的交流短路。3.LM386的一般使用方法电路图9.4.5通过在端子1和端子5上连接电阻，也可以改变电压放大率。结论：学习本节，可以根据给出的电压放