第09章功率放大电路.ppt

1、第九章 功率放大电路,模拟电子技术基础,第九章 功率放大电路(3学时),9.1 概述 9.2 互补功率放大电路 9.3 功率放大电路的安全运行 9.4 集成功率放大电路,例1： 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。,9.1 概述,例2：温度控制,R1-R3:标准电阻,Ua : 基准电压,Rt :热敏电阻,A：电压放大器,Rt,T,UO,T,Ub,UO1,分析功放电路应注意的问题,(1) 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 。,(2) 电流、电压信

2、号比较大，必须注意防止波形失真。,(3) 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。,射极输出器效率低的原因 ：,一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真* 。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有： UCEQ = 0.5UCC ； ICQ =0.5UCC /RE。,*这种工作方式称为甲类放大。,（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于

3、 导通状态 （2）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态 （3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态,晶体管的工作方式及分类：,9.2 互补功率放大电路,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。,类型：,9.2.1 无输出电容的互补对称功放电路,一、工作原理（设ui为正弦波）,静态时：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,动态时：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=i

4、c2,注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。,乙类放大的波形关系:,(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间小于半个周期 ； (3) 存在失真。,乙类放大的特点：,二、最大输出功率及效率的计算,假设 ui 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：,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：,UCC1 =UCC2 =UCC,效率为：,三、电路的改进,1. 克服交越失真,交越失

5、真：当输入信号 ui 为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真便为交越失真。,交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui uT时晶体管截止。,克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,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；,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。,甲乙类放大的波形关系：,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。,为更换好地

6、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UBE电压倍增电路替代。,2. UBE电压倍增电路,合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。,图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I IB，则,3. 电路中增加复合管,增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。,复合管的构成方式：,方式一：, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T1、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

7、管，两者特性容易对称。,实用电路,这里介绍一个实用的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）。,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

8、,准互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路：,输出功率的估算：,输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8 ,则最大输出功率为：,实际输出功率约为 20W。,注：该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童诗白主编）。,9.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,三、动态分析,设输入端在 0.5USC 直流电平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，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,（UC相当于电源）,时，T1导通、T

9、2截止；,四、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：,实际的OTL准互补输出功放电路,(3) Re1、Re2 起什么作用。,(1) Rb1、R、D1、D2、Rb2 各器件的作用是什么？,(2) T1和T3 、T2和T4构成什么工作方式？, 9.3 功率放大电路的安全运行, 9.4 集成功率放大电路,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,集成功放 LM384管脚说明:,14 - 电源端（ Vcc）,3、4

10、、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：,利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。,变压器耦合式功放电路,附录,一、特点：,根据公式,得电源电压：,90V的电压对电子电路显然不合适。,利用变压器阻抗变换关系( RL= K2 RL)，便可解决以上问题。,二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,ic1,ui0,ui0,2. 动、静态分析,静态时： ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。,动态时：,ui 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL