第4章 模电基础知识

1、第4章功率放大电路,例：扩音系统,功率放大电路的作用：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。,4.1功率放大电路的主要特点,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。,提高效率,减小失真,管子的保护,提高效率的途径,降低静态功耗，即减小静态电流。,#功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？,要解决的问题,1.要求：功率大效率高要保护,按工作点位置分,乙类：导通角等于180,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,分类,2.放大电路中三极

2、管的工作状态,按耦合方式分,阻容耦合（OTL）,变压器耦合,直接耦合（OCL）,分类,分析的问题,最大输出功率Pom，效率以及对功放管的要求。,.,放大电路的分析方法,图解法,3.放大电路的分析方法,图解法,压器耦合推挽功率放大电路,T1：输入变压器,T2：输出变压器,VT1和VT2接成对称形式。,当uI为正半周时，VT1导电，,VT2截止,当uI为负半周时，VT2导电，VT1截止。,优点：输入为零时，静态功耗等于零，效率高，阻抗匹配,缺点：变压器体积庞大，消耗有色金属，高、低频相移，自激振荡，无法集成。,本章主要介绍直接耦合方式的互补对称式功率放大电路。,4.2.1电路组成和工作原理,OTL

3、（OutputTransformerLess）,R1和R2调整uO电位为VCC/2,电容C2两端直流电压为VCC/2,u1正半周：,VT1电，VT2截止，ic1从VCC经VT1，C2，RL，公共端。,u1负半周：,VT2导电，VT1截止，ic2从C2正极经VT2，地，RL，C2负极。,由于不使用变压器，VT1和VT2轮流导电，每管导电180，二者电流互补，结构对称，OTL乙类互补对称电路。,优点：静态功耗为零，效率高,缺点：交越失真,iC1,iC2,1.OTL互补对称电路,交越失真,u1幅度小于死区电压时，两管都不导电。在VT1、VT2轮时流导电的交界处，将有一段间两个三极管均截止。,OTL甲

4、乙类互补对称电路,OTL甲乙类互补对称电路,由于二极管抬高了三极管基极的电压，ic1和ic2的波形如图所示，两管轮流导电的交替过程比较平滑，最终得到的iL和u0的波形接近理想的正弦波，减小了交越失真,优点：效率高，失真小。在实际工作中广泛应用。,缺点：大电容，低频率失真，高频相移，无法集成。,静态时：,i=0VT1、T2均不工作o=0V,动态时：,i0V,T1截止，T2导通,i0V,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的方式。,a.工作原理（设i为正弦波）,4.2互补对称功率放大电路,2.OCL互补对称电路,死区电压,b.输入输出波形

5、图,互补对称功率放大电路,(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间于半个周期；(3)存在交越失真。,互补对称功率放大电路,c。特点：,假设i为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,负载上得到的最大功率为：,若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流分别为：,互补对称功率放大电路,d.分析计算,电源提供的直流平均功率计算：,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：,VCC1=VCC2=VCC,互补对称功率放大电路,d.分析计算,效率为：,（1）克服交越失真的措施：,静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、

6、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；,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,互补对称功率放大电路（OCL）,改善低频特性的电路（OCL）,（2）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。,互补对称功率放大电路,改善低频特性的电路（OCL）,为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用VBE电压倍增电路替代。,（3）VBE电压倍增电路,合理选择R1、

7、R2大小，B1、B2间便可得到VBE任意倍数的电压。,图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则,互补对称功率放大电路,f.电路的改进2、改善低频特性的电路（OCL）,1.复合管的接发,（1）优点可获得更大的输出功率；可提高放大倍数=12，降低驱动电流；可以使两管比较对称；（2）结构,4.3采用复合管的互补对称式放大电路,复合NPN型,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,互补对称功率放大电路,（2）结构,3.复合管的和rbe,互补对称功率放大电路,复合管的电流放大系数iC=iC1+iC2=1ib1+2ib2=1ib1+2ie1=1ib1+2(1+1)ib1=(1+2+12)ib

8、112ib1=ib=iC/ib=12rbe=rbe1+(1+1)rbe2,改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T2、R1、R2：UBE倍增电路,T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级,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。,3.电路中增加复合管,互补对称功率放大电路（OTL）,f.电路的改进,4.4.1集成功率放大器的电路组成,LM386,双端输入，单端输出差分放大,VT1、VT2组成复合管，VT3、VT4组成复合管,VT5和VT6组成镜像电流源,VT3集电极输出，传送到中间级。,VT7共射放大，集电极负载由恒流源充当，得到很高的增益。,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,准互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路,集成功率放大器,g.集成功率放大器,特点：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。,集成功放LM384：,生产厂家：美国半导体器件公司,电路形式：OTL,输出功率：8负载上可得到5W功率,电源电压：最大为28V,14-电源端（Vcc）,3、4、5、7-接地端（GND）10、11、12-接地端（GND）