第七章 功率放大电路.ppt

1、第7章 功率放大电路,7.2 甲类功率放大器,7.3 互补对称功率放大电路,7.4 丙类和丁类功率放大器,7.1 功率放大电路的特点和分类,7.5 集成功率放大器,7.1 功率放大电路的特点和分类,特点和要求： （1）要有尽可能大的输出功率。 （2）效率要高。 （3）非线性失真要小。 （4）由于功率管工作在接近于极限运用的状态，因此，在选择功率管时必须考虑使它的工作状态不超过其极限参数 、 和 。 （5）由于功率管的管秏较大，因此，在设计功放电路时，散热问题及过载保护问题不能忽视。,常见的分类方式有以下几种。 （1）按处理信号的频率分类 低频功放：音频范围在几十赫兹至几十干赫兹。 高频功放：射

2、频范围在几百千赫兹至几十兆赫兹。 （2）接功放电路中晶体管的导通时间分类 A类功率放大电路(Class A Amplificating) B类功率放大电路(Class B Amplificating)： AB类功率放大电路(Class AB Amplificating) C类功率放大电路(Class C Amplificating) D类功率放大电路(Class D Amplificating) E类功率放大电路 (Class E Amplificating),7.2 甲类功率放大器,（1）最大交流输出功率,集电极电压达到最大幅值,集电极电流的最大幅值为,三极管的最大交流输出功率为,（2）电源

3、功率,由图中的交流负载线可以知道，交流电流的最大幅值,所以集电极瞬时电流为,直流电源的输出功率为,在输出功率达到最大的情况下，最大转换效率为,当输入信号为零时，输出功率 ，此时二极管功耗 ，即没有输人信号时，直流电源的所有功率都转换为晶体管的功耗晶体管的功耗达到最大；当输人信号增大时， 逐渐变大， 变小，晶体管的功耗反而变小。,（3）集电极损耗功率,三极管的损耗功率近似为,7.3 互补对称功率放大电路,静态时V1、V2均截止，UB= UE=0,特征：V1、V2特性理想对称。,静态分析,V1的输入特性,理想化特性,7.3.1 OCL功率放大电路,1. B类功率放大电路,动态分析,ui正半周，电流

4、通路为 +VCCV1RL地， uo = ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,ui负半周，电流通路为 地 RL V2 -VCC， uo = ui,4. 交越失真,消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压,如果晶体管的饱和压降为 ，则,如果忽略三极管的饱和压降和穿透电流，负载获得最大输出电压时，其输出电压峰值近似等于电源电压VCC，故负载得到的最大输出功率为,1）输出功率,2）直流电源提供的功率,因此，两个电源提供的功率为,如果 ，两个直流电源也提供最大功率,3）效率,如果,4）管耗,当 时，,单管的最大管耗为,5）功率管的选择,功率管集电极

5、的最大允许功耗,功率管的最大耐压,功率管的最大集电极电流,2. AB类互补对称功率放大电路,0V,0V,0.5V,由于晶体管有死区电压,直流偏压,甲乙类互补对称功率放大电路 a） 基本电路 b）工作波形,解： （）最大输出功率,（）,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：,3. 用复合管组成的互补对称电路,（1）复合管,方式二：, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,等效三极管的管型和1为同类管型,其电流放大系数：,复合管的输入电阻为：,（2）采用复合管的互补功率放大电路,准互补对称功率放大电路,输入电压的正半周： VCCV1CRL地，C 充电。,输入电压的

6、负半周： C 的 “”V2地RL C “ ” C 放电。,C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。 OTL电路低频特性差。,7.3.2 OTL功率放大电路,实用单电源互补对称电路,C2、R3组成 “自举电路”,例,电路如图所示，试说明电路分别产生如下故障时将产生什么现象。,V2、V4的极限参数： PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。,1. R2断路； 2. R2短路； 3. VD1短路； 4. VD1断路； 5. V1集电极开路。,解：,（1）若R2开路，则V1和V2管均始终工作在截止状态，且V5、V3和V4组成了复合管，V3管的基极电流等于V5管的集电极电流，V4管

7、的基极电流等于V3管的集电极电流，整个复合管的电流放大系数约为 ，非常大，V5管的基极电流因决定于前级电路而基本不变。所以，最可能出现的现象是复合管饱和，电路不能正常放大，输出电压等于,(2)若R2短路，则输出电压被箝位在,(3)若R3开路，则静态时V1和V3管的基极电流等于V5管的集电极电流，V2和V4管的集电极电流很大，且在管子特性对称情况下它们的管压降的数值均为VCC，因而它们的直流功耗非常大，以至于因结温升过高而烧坏。,(4)若R3断路，则 使得V1、V2和V3管在静态不能工作在临界放的状态，因而造成电路有较小的交越失真。,深度实验（功率放大失真或效率等电路研究）,学期内完成,实验十一

8、 功率放大失真或效率等电路研究（深度实验）,总谐波失真 (Total Harmonic Distortion)THD,标称额定功率时的失真度 10% 1% 0.1%,晶体管图示仪,失真度仪,只提供实验目的、实验要求等，学生要自选实验室的仪器仪表，自己独立选择实验电路、测试电路、改进电路，完成实验数据的记录和实验总结。,深度实验选题： 提高电压放大倍数的稳定性 增大共模抑制比 提高功率放大器效率 提高稳流系数 提高稳压系数 运算放大器的自动增益控制 等小课题,7.3.3 BTL功率放大电路,输入电压的正半周：VCC V1 RL V4地,输入电压的负半周：VCC V2 RLV3地,是双端输入、双端

9、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,OTL电路：单电源供电，低频特性差。 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。,7.4 丙类和丁类功率放大器,7.4.1 C类功率放大电路,设输入一余弦信号,则三极管的发射结电压,7.4.2 D类功率放大电路,7.5 集成功率放大器,集成功率放大器具有 输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。,LM386内部电路原理图,LM386组成的OTL电路,LM386组成的BTL电路,7.5 集成功率放大器,集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。 TDA2030A集成功放的内部电路,TDA2030A主要性能参数如下： 电源电压VCC 3V18V 输出峰值电流 3.5A 频响BW 0140kHz 静态电流 0.5M 在电源为15V、RL=4时输出功率为14W。,TDA2030A构成OCL电路,构