功放电路学习

1、5.1功率放大电路的一般问题 5.2乙类双电源互补对成功率放大电路 5.3甲乙类互补对成功率放大电路 5.4集成功率放大器 5.5功率器件,第5章 功率放大电路,例： 扩音系统,功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。,5.1 概述,一. 功放电路的特点,（2） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。,（1）输出功率Po尽可能大,(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(4) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高

2、电路的效率（）。,Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,（5）功放管散热和保护问题,二. 甲类功率放大器分析,三极管的静态功耗：,若,动态功耗,（当输入信号Ui时）,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,最大输出功率,电源提供的功率,此电路的最高效率,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小 静态功率大，效率低,三. 几种工作状态,根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管可分为几个工作状态：,乙类：导通角等于180

3、,甲类：一个周期内均导通,甲乙类：导通角大于180,丙类：导通角小于180,动画演示,一. 结构,互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。组成 互补对称式射极输出器,5.2 乙类互补对称功率放大电路,二、工作原理（设ui为正弦波）,静态时：,ui = 0V ic1、ic2均=0（乙类工作状态） uo = 0V,动态时：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。,输入输入波形图,死区电压,(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间为半个周期

4、； (3) 存在交越失真。,特点：,组合特性分析图解法,负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCES,vo=-vce,动画演示,（1）最大不失真输出功率Pomax,实际输出功率Po,图解分析演示图,三、分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,（2）管耗PT,两管管耗,（3）电源供给的功率PE,当,（4）效率,四三极管的最大管耗,问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？,用PT1对Vom求导得出： PT1max发生在Vom=0.64VCC处。 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式：,选管条件,1. PCM PT1max =0.2PoM,2,存在交越失真,OCL电路,乙类互补对称功放

5、的缺点,静态时: T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态,动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,1.基本原理,5.3 甲乙类互补对称功率放大电路,一. 甲乙类双电源互补对称电路,波形关系：,特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。,2.带前置放大级的功率放大器,动画演示,3. 电路中增加复合管,增加复合管的目的：扩大电流的驱

6、动能力。, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,4. 改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级（前置级）,T2、R1、R2：UBE扩大电路,T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放,准互补,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,合理选择R1、R2大小，b3、b5间便可得到 UBE2 任意倍数的电压。,1、基本原理,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,（1）静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,二. 甲乙类单电源互补对称电路,（2）动态分析,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

7、负半周对称，但存在交越失真。,（电容相当于电源）,时，T1导通、T2截止；,设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号,（3）输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,（1） 静态偏置,（2）动态工作情况,调整R1、R2阻值的大小，可使,此时电容上电压,此电路存在的问题：,输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2。,2、实际电路克服交越失真,动画演示,3. 带自举电路的单电源功放,静态时,C3充电后，其两端有一固定电压,动态时,由于C3很大，两端电压基本不变，使D点电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。,5.4 实用功率放大器举例,这里介

8、绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ：,(1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,将其集成起来，就成为集成功放电路。,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,UBE 倍增 电路,恒流源 负载,准

9、互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路：,集成功放 LM384管脚说明:,14 - 电源端（ V cc）,3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、12 - 接地端（GND）,2、6 - 输入端 （一般2脚接地）,8 - 输出端 （经500 电容接负载）,1 - 接旁路电容（5 ）,9、13 - 空脚（NC）,集成功放 LM384 外部电路典型接法：,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。 2为了提高效率

10、，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。 3互补对称功率放大器的几种主要结构： OCL（双电源）乙类 甲乙类。 OTL（单电源）乙类 甲乙类。 4随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。,本章小结,5.1功率放大电路的一般问题,一、功放电路特点,1输出功率Po尽可能大,2效率要高,Po大，电路的能量损耗也大,3非线性失真要小,大信号工作状态，与Po、 是一对矛盾,要求Vo和Io都足够大,4功放管散热

11、和保护问题,二、功放电路分类,根据静态偏置的不同，功放电路可分为: 甲类、乙类和甲乙类三种,功放电路分类比较表：,类别 工作点 波 形 导通角 特点,甲类,甲乙类,乙类,较高,较低,最低,360,180,180 360,无失真 效率低,失真大 效率最高,失真大 效率较高,一、电路,OCL(Output Capacitorless),双管：NPN、PNP特性相同且互补 双共集电路 双电源供电,5.2 乙类互补功放标准型,也称OCL互补功放,二、工作原理,vi正半周时,结论： 两个三极管，轮流导电（正、负半周）互补不足,忽略三极管的开启电压:,Vi负半周时,互补,推挽,组合特性分析图解法,负载上的

12、最大不失真电压为Vom=VCC- VCES,vo=-vce,1输出功率Po,三、参数计算,最大不失真功率为：,理想最大输出功率为：,以正半周为例,2电源功率PV （PE）,3三极管的管耗PT,问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？,用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=0.64VCC处。 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得：,4效率,当Vom = VCC 时，max=/4 =78.5。,四、选管条件,PT1max =0.2PoM,5.3其它类型互补功率放大电路,5.3.1 单电源互补功放 5.3.2 采用复合管的互补功放 5.3.3 集成功放 5.3.4 BTL互补功放 5.3.5 双通道功放,5.3.1 单电源互补功放,OTL（Output transformerless) 单电源,电容器Co选择：,静态:Vk=VCC /2,5.3.2 采用复合管的互补功放,当输出功率较大时往往采用复合管 复合管有四种形式：,达林顿管： 由NPN-NPN或PNP-PNP复合而成。,复合管极性=前面的管极性,5.3.3 集成功率放大器,广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。 大多数 集成功率放大器=运算放大器+互补功率输出。 使用方法原则上与集成运放相同，注意极限参数（功耗、最大允许电