模拟电子技术基础简明教程第三版 第4章.ppt

1、第4章 功率放大电路,4.1功率放大电路的特点与基本类型,4.2互补对称式功率放大电路,4.3采用复合管的互补对称式放大电路,4.4集成功率放大器,第一节 功率放大电路的特点与基本类型,率放大电路的特点,功率放大电路的基本类型,如：扩音系统,在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。,一、 功率放大电路的特点,（1）输出功率Po尽可能大,(2) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Po: 负载上得到的交

2、流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,（3） 功放电路中电流、电压比较大。必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。,(4) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,（6）功放电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，并要有适当的保护措施。,(5)电路工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。,(7)晶体管工作于乙类或甲乙类方式,甲类工作状态 晶体管在输入信号的整个周期都导通 静态IC较大，波形好, 管耗大效率低。,乙类工作状态 晶体管只在输入信号的半个周期内导通， 静态IC=0，波形严重失真, 管耗小效率高。,甲乙

3、类工作状态 晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC 0，一般功放常采用。,（1）变压器耦合功率放大电路-乙类推挽电路,信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。,二、功放电路的基本类型,（2）OTL电路 （Output Trasformerless),输入电压的正半周： VCCT1CRL地 C 充电。,输入电压的负半周： C 的 “”T2地RL C “ ” C 放电。,需要大电容（几千微法），大电容特性不稳定，电路低频特性差，不易集成。,因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，

4、故选用OTL电路。,（3） OCL电路(Output Capacitorless),输入电压的正半周： VCCT1RL地,输入电压的负半周： 地RL T2 VCC,两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。,静态时，UEQ UBQ0。,（4）BTL电路(Balanced Transformerless),输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地,输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地,是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。 管子多，损耗大，使效率低。,几种电路的比较,变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，高、低频特性差。 OTL电路：单电源供电，低频特性

5、差。 OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。 BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出，管子多、损耗大，效率低。,第二节互补对称式功率放大电路,OCL电路主要参数估算,OTL电路主要参数估算,OTL电路结构与工作原理,OCL电路结构与工作原理,1. 电路组成,R1 和 R2确定放大电路的静态电位。,动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。,一、OTL电路结构与工作原理（Output Trasformerless),2、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

6、,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波,iL = iC1 iC2,输入输出波形图,ui,uo,uT2,uT1,死区电压,存在交越失真，该电路称为：,OTL乙类互补对称电路,需要改进,改进：,避免了ui较小时两管同时截止 减小了交越失真。,iC1 和 iC2不为零，,Ub1b2=UBE1+UBE20,信号波形图,OTL甲乙类,OTL电路有两类,OTL乙类,OTL甲乙类,存在交越失真,需要大电容（几千微法），大电容特性不稳定，电路低频特性差，不易集成。,OCL电路存在的问题：,静态时 UCE1 = +VCC , UC

7、E2 = VCC,二. OCL电路结构与工作原理（ Output Capacitorless）,OCL电路存在的主要问题： 两个三极管的发射极直接连到负载电阻上， 如果静态工作点失调或电路内元器件损坏， 将造成一个较大的电流长时间流过负载， 可能造成电路损坏。 为了防止出现此种情况，实际使用的电路中， 常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。,三、OCL电路主要参数估算,最大不失真Ucem=VCC - UCES,ui 0时工作点沿QA上移。 ui 0时工作点沿QB下移。,若VT1、VT2对称,Ucem = VCC UCES,（1）最大输出功率,当满足条件UCES VCC时,（2）效率,当输出最大

8、功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。,当忽略饱和管压降UCES 时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为,如果考虑三极管的饱和管压降UCES ，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。,（3）功率三极管的极限参数,在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：, 集电极最大允许电流ICM,因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即,或, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,当VT2导通， VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱

9、和时， VT1集电极反向电压达到最大：,因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为,当忽略三极管的管压降时，PTm = 0.2 Pom,在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT ，使管子发热。, 集电极最大允许耗散功率PCM,当集电极输出电压的峰值UOM 0.6 VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT= PTm 。此时，每个三极管的最大管耗为:,因此，在选择功率三极管时应满足，PCM 0.2 Pom,OCL电路主要参数估算小结：,（1）最大输出功率,（2）效率,（3）功率三极管的极限参数,四、

10、 OTL电路主要参数估算,（1）最大输出功率,（2）效率,（3）功率三极管的极限参数, 集电极最大允许电流ICM, 集电极最大允许反向电压U(BR)CEO,PTm = 0.2 Pom, 集电极最大允许耗散功率PCM,第三节 采用复合管的互补对称式放大电路,复合管的接法及其和rbe,复合管组成的互补对称放大电路,一、复合管的接法及其和rbe,复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。 无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时， 首先，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。 其次，

11、外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。,复合管组成原则：电流方向一致，电压极性正确,rbe= rbe1 +（1+ 1）rbe2,( 1+ 2+ 1 2) iB,iE= (1+2) (1+ 1)iB1 = iB + iC,= 1+2+12 12,iB1,iC1 = 1 iB1,iE1= iB2 = (1+ 1)iB1,iC2 = 2 (1+ 1) iB1,与NPN型三极管等效,相同类型三极管组成的复合管,iB1,iC,iC= 1(1+ 2) iB1 = (1+ 1 2) iB,iE= (1+ 1+ 1 2) iB1 = iC + iB, = 1 （1

12、 +2） 12,rbe= rbe1,与NPN型三极管等效（类型与前级管同）,iE1= (1+ 1) iB1,iC1= iB2= 1 iB1,iC2= 1 2iB1,不同类型三极管组成的复合管,c,c,由两个相同类型的三极管组成的复合管，其类型与原来相同,由两个不同类型的三极管组成的复合管，其类型与前级三极管相同,rbe= rbe1 +（1+ 1）rbe2, 12, 12,rbe= rbe1,rbe= rbe1 +（1+ 1）rbe2, = 1+2+12 12,与PNP型三极管等效, = 1 （1 +2） 12,rbe= rbe1,与PNP型三极管等效,二、复合管组成的互补对称放大电路,VT3、

13、VT4很难互补对称,VT3、VT4可实现互补对称,第四节 集成功率放大器,集成功率放大器的电路组成,集成功率放大器的主要技术指标,集成功率放大器的引脚和典型接法,概述,目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集成功率放大器。 集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路也集成在芯片内部，使用更加安全。 集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。 从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。 从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。,一、概述,集成功率放大器与一般集成运算放大器的主

14、要区别在于要求其能输出更大的功率。 为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合管组成。 另外，通常要求更高的直流电源电压。 对输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。 因集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。 有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。,二、集成功率放大器的电路组成,8,2,7,1,6,3,5,4,R3,R2,R1,R4,R5,R7,R6,15k,15k,50k,1.35k,150,15k,50k,VT1,VT2,VT3,VD1,VT10,VT4,VT5,VT7,VT 8,VT6,VT9,VD2,输入级为双端输入、单端输出差分放大电路,镜像电流源,中间级,引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。,三、集成功率放大器的主要技术指标,LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),LM386主要技术指标（大气温度TA=250C),四、集成功率放大器的引脚和典型接法,引脚7 与地之间应接一个旁路电容CB,如果1、8两端开路，功率放大电路的电压增益约为20倍。