第7章-功率放大电路教学课件

问答与思考：问答与思考：1、共射极基本放大电路的最大输出幅度、功率和效率？、共射极基本放大电路的最大输出幅度、功率和效率？2、某扬声器的负载阻抗为、某扬声器的负载阻抗为8欧姆，请问用共射极电路驱动该欧姆，请问用共射极电路驱动该扬声器会有哪些问题？扬声器会有哪些问题？7.1 7.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 一、功率放大电路的分析方法一、功率放大电路的分析方法 输出电压和电流较大，功放管特性的非线性不可忽略；输出电压和电流较大，功放管特性的非线性不可忽略；不能采用小信号交流等效电路方法，应采用图解法。不能采用小信号交流等效电路方法，应采用图解法。二、功率放大电路的主要技术指标二、功率放大电路的主要技术指标 1、最大输出功率、最大输出功率POM 2、转换效率、转换效率 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。输出功率是交流功率，而最大输出功率是在电路参数确定的输出功率是交流功率，而最大输出功率是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。情况下负载上可能获得的最大交流功率。功率放大电路的输出功率与电源所提供的功率之比称为转功率放大电路的输出功率与电源所提供的功率之比称为转换效率。换效率。7.1 7.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 三、功率放大电路中的晶体管三、功率放大电路中的晶体管 在选择功放管时，要特别注意极限参数的选择，以确保管子安全在选择功放管时，要特别注意极限参数的选择，以确保管子安全工作。如图所示。三条特性曲线限制了管子必须工作在安全工作区。工作。如图所示。三条特性曲线限制了管子必须工作在安全工作区。7.1 7.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 四、功率放大电路的非线性失真四、功率放大电路的非线性失真 功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真越严重。线性失真，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真越严重。在实际应用中，有的场合对波形要求比较严格，要求失真较在实际应用中，有的场合对波形要求比较严格，要求失真较小；有的则以输出功率为主要目的，失真则为相对较次要的问题。小；有的则以输出功率为主要目的，失真则为相对较次要的问题。另一方面，功率放大电路中的非线性失真还可以通过引入交流负另一方面，功率放大电路中的非线性失真还可以通过引入交流负反馈来加以改善。反馈来加以改善。7.1 7.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.1.2 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 功率放大电路主要分为甲类、乙类和甲乙类放大电路功率放大电路主要分为甲类、乙类和甲乙类放大电路 甲类甲类乙类乙类甲乙类甲乙类 7.1 7.1功率放大电路概述功率放大电路概述7.1.2 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 由于甲类放大电路静态工作电流比较大，结果对电源的消由于甲类放大电路静态工作电流比较大，结果对电源的消耗比较大，电路效率低。在理想情况下，甲类功放的最高效率耗比较大，电路效率低。在理想情况下，甲类功放的最高效率只能达到只能达到50%。乙类功率放大电路中的功率管工作时，静态工作点选择乙类功率放大电路中的功率管工作时，静态工作点选择在截止区的边缘。在截止区的边缘。功率管的静态工作点位于甲类和乙类之间，则称为甲乙功率管的静态工作点位于甲类和乙类之间，则称为甲乙类功率放大电路。类功率放大电路。提高效率与减小非线性失真存在严重矛盾！提高效率与减小非线性失真存在严重矛盾！7.2 7.2甲类放大电路甲类放大电路7.2.1 甲类共射放大电路甲类共射放大电路 忽略晶体管基极忽略晶体管基极电流，流，电源源输出的平均出的平均电流流为ICQ；电源提供的功率源提供的功率为ICQVCC，即即电路的路的总功率；功率；集集电极最大不失真交流极最大不失真交流电流电流为ICQ，最大不失真，最大不失真输出交流出交流电压为ICQRC；最大最大输出交流功率出交流功率Pom：(a)(b)(c)7.2 7.2甲类放大电路甲类放大电路7.2.1 甲类共射放大电路甲类共射放大电路 甲类放大电路在保证信号不失真方面有良好特性，但是自身功率损耗大甲类放大电路在保证信号不失真方面有良好特性，但是自身功率损耗大（静态损耗），电路效率低。另外输入电阻小，输出电阻大，用作功率放（静态损耗），电路效率低。另外输入电阻小，输出电阻大，用作功率放大场合较少。大场合较少。(a)(b)(c)7.2 7.2甲类放大电路甲类放大电路7.2.2 射极输出器的输出功率与效率射极输出器的输出功率与效率 设设T3管的饱和压降为管的饱和压降为UCES3，输出，输出uo正向振正向振幅最大值幅最大值U om+,在输入信号在输入信号ui的负半周，随着输入信号幅值增大，的负半周，随着输入信号幅值增大，T3出现截止出现截止（或（或T2达到饱和），达到饱和），输出输出uo负向振幅最大值负向振幅最大值Uom-。设。设T3管首先出现截止，则有管首先出现截止，则有设T2管首先出管首先出现饱和，和，T2管管饱和和压降降为UCES2，7.2 7.2甲类放大电路甲类放大电路【例【例7.1】设电路如路如图（上（上页）所示，）所示，输入信号入信号ui为正弦信号，在正弦信号，在给定参数条定参数条件下，件下，进行行电路路输出功率和效率的出功率和效率的计算。假定算。假定给定定电路中路中VCC=VEE=12V，IREF=1.50A，RL=8，假，假设各晶体管的各晶体管的饱和和压降均降均为0V0V。解：先求解：先求电路最大路最大输出功率出功率Pom 为了保了保证波形不波形不发生失真，取以上三个幅生失真，取以上三个幅值中最小的中最小的值作作为最大最大输出出幅度，因此幅度，因此输出出电压是幅是幅值为Uom=12V的正弦波，最大的正弦波，最大输出功率出功率为：7.2 7.2甲类放大电路甲类放大电路考考虑到正弦信号的平均到正弦信号的平均值是是0，iC3的平均的平均值ICIAV=IREF=1.50A，因此正，因此正电源源VCC提供的功率提供的功率为负电源源VEE提供的功率提供的功率为：电源供源供给的的总功率功率为正正负电源提供功率之和，源提供功率之和，负载输出功率出功率为有用功，其有用功，其他他为无用功。无用功。则电路的效率路的效率为有用功与有用功与总功率之比功率之比 工作在甲工作在甲类的射极的射极输出器的效率出器的效率较小，小，即使在理想情况下，甲即使在理想情况下，甲类放大放大电路的效率最高也只能达到路的效率最高也只能达到50%。7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 1.1.静静态分析分析 由于由于电路没有静路没有静态偏置偏置电路，所以路，所以电路中两个路中两个晶体管都工作在截止区，无管耗。晶体管都工作在截止区，无管耗。电路属于乙路属于乙类工工作状作状态。此。此时负载上无上无电流流流流过，输出出电压u uo o=0=0。乙类双电源互补对称功率放大电路 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 2.2.动态分析分析 设输入信号入信号为正弦信号，正弦信号，输入信号正半周入信号正半周时，T T1 1导通，通，T T2 2截止，截止，i ic2c2=0=0。T T1 1管管导通的等效通的等效电路如路如图(a)(a)所示，所示，输出出电压u uo o 00。负载R RL L得到正半周信号得到正半周信号输出，如出，如图(c)(c)所示。所示。(a)(b)(c)乙类双电源互补对称功率放大电路分析 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 当当输入信号入信号为负半周半周时，即，即ui 0,T1截止截止,T2导通，通，ic1=0。T2管管导通的等效通的等效电路路如如图7.7(b)所示，所示，负载上的上的电流自下而上，流自下而上，输出出电压uo 0。根据。根据T2管所构成射极管所构成射极输出出器的器的电压跟随特性，在跟随特性，在负载RL上形成上形成负半周半周电压信号信号输出。出。图7.8 乙类功率放大电路的交越失真 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 电路参数的计算电路参数的计算 根据乙根据乙类双双电源互源互补对称称电路的工作情况，路的工作情况，输出也是与出也是与输入同相入同相的正弦的正弦电压，即：，即：为输出出电压有效有效值。为输出出电压振幅。振幅。7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （1）输出功率出功率根据功率定根据功率定义，其大小，其大小为电压和和电流有效流有效值的乘的乘积：负载上得到的最大不失真输出功率为：负载上得到的最大不失真输出功率为：7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （2）直流电源提供的功率）直流电源提供的功率 每个电源提供的平均电流为：每个电源提供的平均电流为：电源提供的总功率为：电源提供的总功率为：若忽略若忽略 电源最大功率为电源最大功率为：7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （3）管耗）管耗 直流电源提供的功率与输出功率之差即为两个三极管的耗散功率直流电源提供的功率与输出功率之差即为两个三极管的耗散功率两个三极管特性参数一致，在电路中耗散功率相同，则每个三极管的耗散功率为：两个三极管特性参数一致，在电路中耗散功率相同，则每个三极管的耗散功率为：7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （3）管耗）管耗 三极管达到最大管耗的条件为三极管达到最大管耗的条件为计算得出单管最大管耗的值为计算得出单管最大管耗的值为 负载最大输出功率与最大管耗的关系为负载最大输出功率与最大管耗的关系为 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （4）效率）效率 输出功率与电源提供的总功率之比为功率放大电路的效率输出功率与电源提供的总功率之比为功率放大电路的效率 电路的最大效率为电路的最大效率为 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 （5）功率管的选择）功率管的选择三极管的最大允许功耗应大于三极管在电路中的单管最大耗散功率，即三极管的最大允许功耗应大于三极管在电路中的单管最大耗散功率，即在功率放大电路中，处于截止状态的三极管承受的最大反向电压达到约在功率放大电路中，处于截止状态的三极管承受的最大反向电压达到约 三极管的最大耐压，即反向击穿电压三极管的最大耐压，即反向击穿电压三极管的最大集电极电流三极管的最大集电极电流 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.2 甲乙类双电源互补对称功率放大电路甲乙类双电源互补对称功率放大电路 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.2 甲乙类双电源互补对称功率放大电路甲乙类双电源互补对称功率放大电路 常见甲乙类互补对称形式常见甲乙类互补对称形式(a)带前置放大级的电路构成 (b)UBE扩大电路 7.3 7.3互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3.3 单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路 单电源互补对称功率放大电路TDA2030A内部电路构成 7.4 7.4集成功率放大器集成功率放大器 TDA2030A构成的OCL电路 输入信号从同相端输入输入信号从同相端输入 R1、R2、C2构成交流串构成交流串联电压负反反馈，且，且为深度深度负反反馈。电路的路的闭环电压放大倍数放大倍数 7.4 7.4集成功率放大器集成功率放大器 7.4 7.4集成功率放大器集成功率放大器 LM386LM386内部电路分析（内部电路分析（OTLOTL电路）电路）放大倍数计算：放大倍数计算：1脚、脚、8脚开路时：脚开路时：1脚、脚、8脚接电阻脚接电阻R时：时：1脚、脚、8脚短路时：脚短路时：1脚、脚、5脚接电阻脚接电阻R时：时：注意：外接电阻应只改变交流注意：外接电阻应只改变交流通路，不应改变直流通通路，不应改变直流通路，故外接电阻回路应路，故外接电阻回路应串联一个大容量电容。串联一个大容量电容。1.集成集成OTL电路应用（电路应用（LM386）（单电源、输出接电容）（单电源、输出接电容）外接元件最少用法：外接元件最少用法：音量调节音量调节相位补偿相位补偿输出电容输出电容电压增益最大的用法电压增益最大的用法：1脚、脚、8脚短路：脚短路：一般用法一般用法1脚、脚、5脚接电阻：脚接电阻：2.集成集成OCL电路应用（电路应用（TDA1521）（双电源）（双电源）双通道双通道OCL电路，可电路，可作为立体声扩音机左、右作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。电路内两个声道的功放。电路内部引入了深度负反馈，闭部引入了深度负反馈，闭环增益为环增益为30dB，并具有待，并具有待机、静噪功能即短路和过机、静噪功能即短路和过热保护功能。热保护功能。3.集成集成BTL电路应用（电路应用（TDA1556）（单电源，无输出电容）（单电源，无输出电容）7.5 7.5功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行 1.热阻的概念热阻的概念热阻：热在物体中传导时所受到的阻力，用传递单位功率所产生的温差热阻：热在物体中传导时所受到的阻力，用传递单位功率所产生的温差表示。表示。2.功放管的散热问题功放管的散热问题齿轮形和板条形散热器齿轮形和板条形散热器 7.5.1功放管的散热功放管的散热 7.5 7.5功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行 一次击穿：当一次击穿：当ce间电压增大到一定数值，晶体管将产生击穿现象；间电压增大到一定数值，晶体管将产生击穿现象；二次击穿：一次击穿后，集电极电流加大，若不限制，晶体管工作点将二次击穿：一次击穿后，集电极电流加大，若不限制，晶体管工作点将快速变化到快速变化到A点，电流剧增，管压降减小。晶体管二次击穿点，电流剧增，管压降减小。晶体管二次击穿后，性能将明显下降，甚至造成永久性损坏，应避免。后，性能将明显下降，甚至造成永久性损坏，应避免。7.5.2功放管的二次击穿功放管的二次击穿 练习题：练习题：1.电路如图所示。管子电路如图所示。管子T1、T2在输入信号在输入信号vi的作用下一周期内轮流导电约的作用下一周期内轮流导电约180度，电源电压度，电源电压Vcc=20v，负载，负载RL=8，VCES=0，试计算：，试计算：在输入信号在输入信号vi10v(有效值有效值)时，电路的时，电路的输出功率、管耗、直流电源输出的功输出功率、管耗、直流电源输出的功率和电路的效率。率和电路的效率。当输入信号当输入信号vi的幅值的幅值Vim=Vcc=20v时，时，电路的输出功率和效率。电路的输出功率和效率。该电路的输出波形会出现何种失真？该电路的输出波形会出现何种失真？试说明如何解决？试说明如何解决？（1）静态电流）静态电流Ic1、Ic2；（2）按深度反馈计算电压放）按深度反馈计算电压放大倍数；大倍数；（3）计算不失真的输出电压）计算不失真的输出电压峰值和输入电压峰值；峰值和输入电压峰值；（4）计算不失真最大输出功）计算不失真最大输出功率和效率。率和效率。2.已知图示电路中各三极管的已知图示电路中各三极管的均为均为60，VBE均为均为0.7v，饱和压降，饱和压降VCES均为均为2V，二极管的导通压降为，二极管的导通压降为0.7v，Vcc24v.求求谢谢！