模拟电子技术(第2版)高吉祥课件chapter-7.ppt

1、什么是功率放大器？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。,7.1 功率放大电路概述,7.1.1 对功率放大电路的一般要求,例：扩音系统,对功率放大电路的要求主要有以下几方面：,根据负载要求，提供所需要的输出功率。 最大输出功率：指在正弦输入信号下，输出不超过规定的非线性指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有交值的乘积。 在共射接法下：,具有较高的效率。,尽量减小非线性失真。,半导体三极管的散热问题。,在分析方法，由于晶体管处于大信号下工作，故通常采用图

2、解法。,7.1.2 功率放大器提高效率的主要途径,功率放大电路必须考虑效率问题。提高效率的主要途径就是降低静态时的工作电流。,三极管根据导通时间(导通角)可分为如下几种常见状态。 甲类-三极管360导电； 甲乙类-三极管180360导电 乙类-三极管180导电,静态工作Q对放大器工作状态的影响如下图所示：,甲类功放的功率即使在理想情况下其效率最高也只能达到50%。 怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出功率呢？ 从甲类放大电路中我们知道，静态电流是造成晶体管功耗的主要因素。如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输出的功率也等于零(或很小)，信号增大时电源供给的功率也随之增大

3、，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状态。 工作点降低后分别对应为甲乙类和乙类功放。,甲乙类和乙类放大，虽然减小了静态功耗，提高了效率，但都出现了严重的波形失真，因此，既要保持静态时管耗小，又要使失真不太严重，这就需要在电路结构上采取措施。 常见的有无输出变压器功放(OTL)和无输出电容功放(OCL)。,7.2 互补对称式功率放大电路,取两个类型不同(NPN和PNP)，但特性相同的晶体管VT1、VT2串接在电路中，使其中一个晶体管工作在输入信号的正半周期，而另一个晶体管工作在输入信息的负半周期，则称这种工作方式为互补对称式。,T1、T2两个管子交替工作

4、，在负载上得到完整的正弦波。,一、乙类OCL功放工作原理（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,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ；,iL=ic2,7.2.1 无输出电容的互补对称式功率放大器(OCL),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,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；

5、负半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,二、甲乙类OCL功放工作原理,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,甲乙类OCL功放输入输出波形图,带前置放大级的OCL互补输出功率放大器,带复合管的OCL互补输出功放电路：,T1：电压推动级(前置级)。,T2、R1、R2：UBE扩大电路,T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放。,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,合理选择R1、R2，b3、b5之间可得到 UBE2 任意倍的电压。,电路中增加复合管,增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。, 1 2,晶体

6、管的类型由复合管中的第一支管子决定。,复合NPN型,复合PNP型,基本原理,.单电源供电；,.输出加有大电容。,(1)静态偏置,调整RW阻值的大小，可使：,此时电容上电压,7.2.2 无输出变压器互补对称式功率放大器(OTL),(2)动态分析,(电容起到了负电源的作用),Ui负半周时，T1导通、T2截止；,Ui正半周时，T1截止、T2导通。,总结：互补对称功放的类型,7.2.3 桥式推挽功率放大电路(BTL),图中四只晶体管特性对称，静态时均处于截止状态，负载上电压为零。 当ui0时，VT1和VT4管 导通，VT2和VT3管截止， 电流如图中实线所示， 负载上获得正半周电压； 当ui0时，VT

7、2和VT3管 导通，VT1和VT4管截止， 电流如图中虚线所示， 负载上获得负半周电压。,7.2.4 互补对称式功率放大器的效率,功率放大器的效率公式为：,先求Pomax：,再求PE：,OTL电路：,理想情况下：,得：,OCL电路：,7.3 集成功率放大电路,LM386是一种音频集成功放，具有自身功率低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。,7.3.1 集成功率放大器LM386简介,1.LM386内部电路,第一级为差分放大电路，VT1和VT3、VT2和VT4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；,VT5和VT6组成镜像电流源作为VT1和VT2的有源负载；信号从V

8、T3和VT4管的基极输入，从VT2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。 第二级为共射放大电路，VT7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。 第三级中的VT8和VT9管复合成PNP型管，与NPN型管VT10构成准互补输出级。二极管VD1和VD2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。 利用瞬时极性法可以判断出，引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端；电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端(引脚5)应外接输出电容后再接负载。,电阻R7从输出端连接到VT2的发射级，形成反馈通路，并与R4和R6构成反馈网络。从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。,2.LM3

9、86的电压放大倍数,当引脚1和8之间开路时，由于在交流通路中VT1管发射要近似地，R4和R6上的动态电压为反馈电压，近似等于同相输入端的输入电压。即为二分之一差模输入电压，于是可得：,反馈系数：,电路的电压放大倍数：,根据图中数据代入可得：Au20。,当引脚1和8之间外接电阻R时，则：,当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时，有：,根据图中数据代入可得：Au200。,Au的调节范围为20200,实际上在引脚1和5(即输出端)之间外接电阻也可改变电路的电压放大倍数。 应当指出，在引脚1和8(或者引脚1和5)外接电阻时，应只改变交流通路，所以必须在外接电阻回路中串联一大容易电容。 LM386的外形

10、和引脚的排列如下图所示：,7.3.2 集成功率放大电路的应用,1.集成OTL电路的应用,上图电路中：C1为输出电容。由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20。利用电位器RP调节扬声器音量。R和C2串联构成校正网络用来进行相位补偿。,上图电路中：C3使引脚1和8在交流通路中短路，使Au200；C4为旁路电容；C5为去耦电容，滤掉电源的高频交流成分。,上图电路中：R2改变了LM386的电压增益。,TDA1521为2通道OCL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声 道的功放。其 内部引入深度 电压串联负反 馈，闭环电压 增益为30dB， 并具有待机、 静噪功能以及 短路和过热保 护等。,2.集成OCL电路的应用,TDA1556为2通道BTL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声 道的功放。两个通道的组成完全相同，其内部具 有待机、静噪 功能，并有短 路、电压反向、 过电压、过热 和扬声器保护 等。,3.集成BTL电路的应用,功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。 常用的互补型功放电路有OTL电路和OCL电路 OTL互补对称电路省去了输出变压器，但输出端需要一个大电容和用一个NPN和一个PNP管接成对称形成。 OCL互补对称电路将输出端的大电容也省去，改善了电路的低频响应，且有利于