模拟电子技术第九章.ppt

,功率放大电路,9.1 功率放大电路的特点和基本类型,本章目录,总目录,点击即可进入学习,9.2 功率放大电路的分析计算,9.3 改进型功率放大电路,9.4 集成功率放大器,习题解答,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。,功率放大电路的特点和基本类型,一、功放电路的特点,（2） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。,（1）输出功率Po尽可能大,(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(4) 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: 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,（5）功放电路中半导体器件在大信号条件下运用时，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。,单电源供电，又称OTL(Output Transformerless)电路,双电源供电电路，称OCL(Output Capacitorless)功放电路,二、功放电路的基本类型,功率放大电路主要有互补对称式和变压器耦合推挽式二种类型,1、互补对称式,OTL功率放大器要求输入端(T1、T2基极)上的静态电压也为VCC/2，即I=(VCC/2)+i。,单电源互补对称功率放大器增加了一只大容量(几百几千微法)的电解电容器。,当静态时(i=0)，T1和T2都截止。它们的射极电压 为VCC/2，所以电容器C上充有VCC/2的电压，输出o= -C=0。,信号i为正半周时，T1导电，使T2截止，负截RL上流过正半周电流；信号为负半周时，电容器C上的电压VCC/2作为电源，T2导电，T1截止，负载上流过负半周信号电流。所以电容C要有足够大的容量，使得在信号负半周时能提供出较大的电流。,互补对称功率放大器由于在静态条件下T1和T2都处于截止状态，所以它的静态功耗为零，但在动态时存在严重的交越失真。,为了克服交越失真，必须给互补对称功率放大电路设置一定的静态工作点(使信号i=0时，T1、T2管都处于微导电状态)。根据静态工作点的不同设置，互补对称功率放大器可以工作在乙类，即导电角=180；甲类功放，即导电角=360和甲乙类功放，即导电角=180360。,2.变压器耦合推挽式,由变压器原理可知,是由变压器付边负载电阻折合到原边后的等效电阻。变压器耦合的突出优点是可通过改变变压器的变比，能找到一个最佳的等效负载(此时输出功率最大，且不失真)。并且，在不提高电源电压的条件下，可以使输出电压的幅度Vom超过电源电压。,一. 甲类功率放大器分析,1、三极管的静态功耗：,若,电源提供的平均功耗：,则,9.2 功率放大电路的分析计算,2.动态功耗,（当输入信号Ui时）,输出功率:,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,最大输出功率:,电源提供的功率：,此电路的最高效率：,甲类功率放大器存在的缺点：,输出功率小 静态功率大，效率低,最大输出功率:,1、结构,互补对称： 电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支； 两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。,二、乙类互补对称功率放大电路,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,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,输入输出波形图,ui,uo,uT2,uT1,死区电压,3、组合特性分析图解法,负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCES,（2）最大不失真输出功率Pom,（1）输出功率Po,4、分析计算,负载上的最大不失真电压为Uom=VCC - UCES,一个管子的管耗,（3）管耗PT,两管管耗,（4）电源供给的功率PE,当,（5）效率,最高效率max,5、三极管的最大管耗,问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？,用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出： PT1max发生在Uom=0.64VCC处。 将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：,6、选功率管的原则：,(1) PCM PT1max =0.2PoM,存在交越失真,乙类互补对称功放的缺点,消除交越失真甲乙类互补对称功率放大电路,9.3 改进型功率放大电路,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；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。,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,基本原理,一、甲乙类互补对称功率放大电路,1. 甲乙类双电源互补对称电路,EWB仿真,2.带前置放大级的功率放大器,带运放前置放大级的功率放大电路,运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压 串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：,3. 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倍增电路 克服交越失真,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。,特别注意：甲乙类互补对称电路的计算同乙类,1、基本原理,. 单电源供电；,. 输出加有大电容。,（1）静态偏置,二. 甲乙类单电源互补对称电路(OTL),调整RW阻值的大小，可使,此时电容上电压,（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。,（3）输出功率及效率,若忽略交越失真的影响。则：,注意：OCL双电源供电，OTL单电源供电，除了这一点之外两者完全相同，所以：只要把OCL计算公式中的VCC变为1/2 VCC ，就得到OTL的计算公式。,如：,OCL,OTL,若忽略交越失真的影响。则：,此电路存在的问题：,输出电压正方向变化的幅度受到限制，达不到VCC/2,2. 带自举电路的单电源功放,用自举电路来解决,带自举电路的单电源功放,静态时,C1充电后，其两端有一固定电压,动态时,由于C1很大，两端电压基本不变，使C1上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。,C1、R7为自举电路,9.4 集成功率放大器,一般通用型集成运放的输出功率是很小的，如A741的输出功率仅为100mW左右。在需要较大功率场合，可选用集成功率放大器。,5W音频放大器,OTL电路，34dB增益，BW=300kHz，8欧姆负载时输出功率5W。,音量调节,改善音质,低频旁路,电源去耦,OCL音频放大器（20W）,交流电压串联负反馈,C1、C2、C3、C4电源去耦滤波,C7、C5、R3改善音质用,D1、D2正负向限幅,