第29讲、功率放大电路.ppt

1、第二十九讲 功率放大电路,一、概述,二、互补输出级的分析计算,什么是功率放大器？能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。,9.1 功率放大电路概述,9.1.1 对功率放大电路的一般要求,例：扩音系统,2功率放大电路的分析方法 由于功率放大电路工作在大信号状态， 功放管的非线性将十分明显， 因此微变等效模型已经不再适用， 通常采用图解分析方法。 3主要技术指标 1） 最大输出电压幅度Uomax和最大输出电流幅度Iomax： 最大输出幅度表示在输出信号不超过规定非线性失真指标情况下， 功率放大电路能输出的最大输出电压和电流， 用Uomax和Iomax来表示。,2） 输出功率

2、Po和最大不失真输出功率Pom 输出电压有效值与输出电流有效值的乘积定义为输出功率Po。 当输入信号为正弦波时， 有 其中Uom和Iom分别为输出电压和电流的峰值。 最大不失真输出功率指在正弦输入信号时， 功率放大电路在满足输出电压、 电流波形基本不失真的情况下， 放大电路最大输出电压Uomax和最大输出电流Iomax有效值的乘积。,3） 管耗Pcm 损耗在功率放大管上的功率叫做功放管的损耗， 简称管耗， 用Pcm表示。 4） 效率 在功率放大电路中， 其他元器件的发热损耗较小， 所以认为直流电源提供的功率将转换成输出功率、 功放管损耗两部分。 放大电路的效率定义为放大电路输出给负载的交流功率

3、Po与直流电源提供的功率PV之比， 即,4功放管的保护及散热问题 功率放大电路工作在大信号下， 管子的工作电流和电压均为大信号， 所以， 必须要考虑功率放大管的保护问题， 防止管子击穿或损坏。,5、功率放大电路的种类 1）、按晶体管导通时间分类 （甲类状态，导通角=360，甲类放大器常用于电压放大。 乙类状态，导通角=180，功率放大器。 甲乙类状态， 180360，功率放大器。 丙类状态，180，用于发射机中的谐振功率放大器。,甲类( = 2 ),乙类( = ),甲乙类( 2 ),丙类(0 ),2）按放大信号频率分类,分为低频功率放大电路和高频功率放大电路,3）按构成放大电路的器件分类,分立

4、元件功率放大电路和集成功率放大电路,4）按电路形式分类,分为变压器耦合的功率放大电路和无输出变压器的功率放大电路，,后者又有OTL 、OCL 、BTL三种形式。,（1）变压器耦合功率放大电路 单管甲类电路,电源提供的功率不变，效率增大。, 输入信号增大，输出功率如何变化？,输出功率增大。, 输入信号增大，管子的平均电流如何变化？,不变, 输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？,6. 功率放大电路的分析,1、单管甲类功率放大器,设“Q”设置在交流负载线中点,管耗,甲类功放的最大缺点是效率低下。原因主要是甲类放大器在无信号时也必须供给很大的工作点电流。,乙类推挽电路,信号的正半周T1

5、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。,（2）OTL电路,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。,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。,因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。,3、管耗的计算,计算最大损耗,两个的最大损耗,（3） OCL电路,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

6、跟随。,静态时，UEQ UBQ0。,3、管耗的计算,计算最大损耗,两个的最大损耗,（4）BTL电路,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。,7、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，低频特性差。 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。,8、乙类OCL功放输入输出波形图,死区电压,乙类OCL功放的缺点：存在交越失真,静态时:T1、T2两管

7、发射结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态甲乙类工作状态,9、甲乙类OCL功放工作原理,10、 功率放大管的选择,1最大管压降 V1管子要承受的最大管压降|UCEmax|=2VCC。,3最大功耗损耗,即功放管集电极最大功耗PCM为理想OCL最大输出功率的五分之一。,2集电极最大电流,6. 说明哪些元件构成过流保护电路及其原理。,讨论一,指出图中 放大电路部分；,2. 说明电路中是否引入 了级间反馈，是直流反馈还 是交流反馈，若为交流负反 馈则说明其反馈组态；,3. 最大输出功率和效率的表达式；,4. 说明如何估算在输出最大功率时输入电压的有效值；,5. 说明D

8、1D3和RW的作用，C1C4的作用；,讨论二：图示各电路属于哪种功放？,OTL,BTL,讨论三：出现下列故障时，将产生什么现象?,R2短路； T1、T2、可能烧坏 R2断路； T3、T4可能烧坏。 D1短路；,T2、T5的极限参数： PCM1.5W，ICM600mA，UBR（CEO）40V。,4. D1断路；,T3、T4可能烧坏,5. T1集电极开路。,只输出负半周信号。,产生交越失真。,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,11、集成功率放大器及其应用,1）LM386 集成功放及其应用,（1）. 典型应用参数：,直流电源：,4 12 V

9、,额定功率：,660 mW,带 宽：,300 kHz,输入阻抗：,50 k,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,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,10

10、0 F,100 ,R3,R2,1000 F,100 F,C10,1 ,电源滤波,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,输出功率：22 W (RL = 4 ),双电源(OTL)应用,大电容滤除低频成分,小电容滤除高频成分,4）、单电源(OTL)应用：,交流电压串联负反馈,使 U1 = 0.5VCC,30 dB,12、 D类功率放大器,1.D类功率放大器，将音频信号转换成脉宽变化的脉冲波的形式输出，再由脉冲放大器放大输出，然后通过低通滤波电路还原成音频信号。效率可以做得很高。 2.D类功率放大器由调制器、开关输出电路、低通滤波器组成。,图 D类功率放大器的典型结构,图 调制器工作原理,桥式开关输出和低通滤波器,小 结,1.功率放大器用于推动一个需要较大功率的负载。衡量功率放大器的性能主要从最大输出功率、效率、非线形失真、安全、频率响应、信噪比等方面来衡量。,2.单管甲类功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管