中南大学模电课件第4章.ppt

1、第4章 功率放大电路,4.2互补对称功率放大电路,4.3改进型OCL电路,4.1概述,*4.4集成功放及其应用,小 结,4.1 概述,4.1.1 功率放大的特点及主要性能指标,Pomax 大，三极管工作在极限状态, = Pom / PV 要高,非线性失真要小,特点：,晶体管的散热与保护问题,分析方法-图解法,4.1.2 功率放大电路的分类,甲类：,乙类：,甲乙类：,分类：,放大电路的工作状态,甲类( = 2 ),乙类( = ),甲乙类( 2 ),Q,Q,Q,乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高。,甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。,甲类工作状态失真小，静态电

2、流大，管耗大，效率低。,4.2.1 互补对称功率放大电路的引出,设“Q”设置在 交流负载线中点,VCC,IC,4.2 互补对称功率放大电路,1.甲类功率放大电路的输出功率与效率,2.互补对称功率放大器的引出,上图所示的射极跟随器输出电阻小，带负载能力强，适合作功率输出级，但由于RC的存在，它的静态电流较大，电路效率仍然较低。为了提高效率，必须使电路的静态损耗为0，即IB=0，IC=0，并且采用两个极性相反的射极跟随器组成乙类互补功率放大电路,4.2.2 OCL电路的组成与工作原理 (OCL Output Capacitorless),电路组成及工作原理,ui 0 T1 导通 T2 截止,iC1

3、,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 导通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T1 、 T2 截止,iC1,-Uon ui Uon 时， T1 、 T2截止， 产生交越失真。,电路存在的问题： 当输入电压小于死区电压时，三极管截止，引起 交越失真。,交越失真,输入信号幅度越小失真越明显。,4.2.3 OCL电路的输出功率与效率,最大输出电压幅值为VCC-UCES,最大不失真输出电压有效值为,最大输出功率为,负载获得最大输出功率时，,电源瞬时功率为pv=iCVCC,效率,电源平均功率为,若忽略UCES ，则,

4、令,则：,时管耗最大，即：,每只管耗,每只管子最大管耗为 0.2Pom,选管原则,PCM 0.2 Pom,U(BR)CEO 2VCC,ICM VCC / RL,管耗,例 1： 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PV、PT1， 并选管。,解,PV=2V2CC / RL,= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W),= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W),U(BR)CEO 48 V,ICM 24 / 8 = 3 (A),可选：,U(BR)CEO = 60 100 V,ICM = 5 A,PCM = 10 15

5、 W,例 2： 已知：VCC = 12 V，RL = 8 ，UCES=2V，1）求 Pom 、以及此时的 PV、PT1， 并选管。 2）计算=0.6时的Po,解,PV=2VCC （VCC-UCES）/ RL,= 2 12 10 / ( 8) = 9.55 (W),U(BR)CEO 24 V,ICM 12 / 8 = 1.5 (A),可选：,U(BR)CEO = 30 V,ICM = 3 A,PCM = 5 W,4.3 改进型OCL电路,4.3.1 甲乙类互补对称功率放大电路,1.克服交越失真思路,电路：,当 ui = 0 时，T1、T2 微导通。,当 ui 0 ( 至 )， T1 微导通 充分

6、导通 微导通；,T2 微导通 截止 微导通。,当 ui 0 ( 至 )， T2 微导通 充分导通 微导通；,T1 微导通 截止 微导通。,2.克服交越失真的电路,利用二极管消除交越失真,UBE的倍增电路,利用二极管提供偏置电压,Ub1b2=UD1+UD2,要求 Ub1b2约大于Uon1+Uon2 ； ui=0时uo=0,由于D1 、 D2的动态电阻很小， 可认为交流分量ub1=ub2=ui,ui0时，T1导通， T2微导通或截止；,ui0时，T2导通， T1微导通或截止；,T1、T2微至少有一个导通， 无交越失真， 工作在甲乙类状态。,3.实际电路,4.功率和效率,由于甲乙类互补对称功率放大电

7、路的静态电流很小，其工作原理与分析方法与乙类功率放大电路近似相同。 对于甲乙类互补对称功率放大电路的输出功率与效率计算，仍然可以使用乙类功率放大电路的计算公式，这样做计算过程简单，误差也不是很大。,4.3.2 准互补对称放大电路,1. 复合管(达林顿管),目的：实现管子参数的配对,ib1,(1 + 1) ib1,(1 + 1) (1 + 2) ib1,= (1 + 1 + 2+ 12) ib1, 1 2,rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2,2(1+1) ib1,1 ib1,ib,ic,ie,(1 + 2 + 12) ib1,复合管的构成规则：,1. 在串接点，必须保证两管电流方向的

8、一致和连续（实际电流方向不冲突）,2. 在并接点，必须保证两管电流同时流入接点或同时流出接点。,3. 必须保证复合管中每个管子都工作在放大区（即保证发射结正偏，集电结反偏。,4.复合管类型与第一只管子相同。,NPN + NPN,NPN,PNP + PNP,PNP,NPN + PNP,NPN,PNP + NPN,PNP,一些常见的复合管,练习：,2. 准互补功率放大电路,（输出管为同类型管的电路）,由于输出管为同类型管，容易 做到正、负半周输出特性相同。,4.3.3 输出电流的保护,IE2 VO D1导通 IB2（ I0恒定） IE2,IE4 VO D2导通 IB3（ I0恒定） IE3、 IE

9、4,甲乙类单电源互补对称放大电路（补充）, OTL电路(Output Transformerless ),E,电容 C 的作用：,1)充当 VCC / 2 电源,2)耦合交流信号,取VEE=0,当 ui = 0 时:,当 ui 0 时：,T2 导通，C 放电，,T2 的等效电源电压 0.5VCC。,当 ui 0 时：,T1导通，C 充电，,T1 的等效电源电压 + 0.5VCC。,应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。,OCL 电路和 OTL 电路的比较*,第 八 章功率放大电路,*4.4集成功放及其应用,引言,4.4.2 DG810 集成功放及其应用,4.4.3

10、 TD2040 集成功放及其应用,4.4.1 LM386 集成功放及其应用,组成：,前置级、中间级、输出级、偏置电路,特点：,输出功率大、效率高,有过流、过压、过热保护,引言,4.4.1 LM386 集成功放及其应用,1. 典型应用参数：,直流电源：,4 12 V,额定功率：,660 mW,带 宽：,300 kHz,输入阻抗：,50 k,1 2 3 4,8 7 6 5,引脚图,2. 内部电路,1. 8 开路时， Au = 20 (负反馈最强),1. 8 交流短路 Au = 200 (负反馈最弱),电压串联负反馈,V1、V6 ：,V3、V5：,V2、V4：,射级跟随器，高 Ri,双端输入单端输出

11、差分电路,恒流源负载,V7 V12：,功率放大电路,V7 为驱动级(I0 为恒流源负载),V11、V12 用于消除交越失真,V8、V10 构成 PNP 准互补对称,3. 典型应用电路,输出电容(OTL),频率补偿，抵消电 感高频的不良影响防止自激等,调节电压放大倍数,4.4.2 DG810 集成功放及其应用, 标准音频功率放大,功率大、噪声小、频带宽、 工作电源范围宽、有保护电路,输出电容,输入 偏置,交流负反馈,频率补偿，防自激等,自举电容,频率补偿 防自激等,+VCC,ui,C9,R1,R4,C2,DG810,1,12,9,4,7,8,5,C1,C8,C7,C4,C5,C6,5 F,100 k,.01 F,100 F,1000 pF,0.1 F,4 ,56 ,4 700 pF,10,100 F,100 F,100 ,R3,R2,1000 F,100 F,C10,1 ,电源滤波,4.4.3 TD2040 集成功放及其应用,特点：,输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护,参数：,直流电源： 2.5 20 V,开环增益：80 dB,功率带宽：100 kHz,输入阻抗：50 k,输