第九章功率放大器要点课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第九章,功率放大器,模拟电路,1,第九章 功率放大器,9.1 功率放大电路概述,9.2 互补对称功率放大电路,9.3 实际功放电路,9.4 集成功率放大器,9.5 变压器耦合式功放电路,2,例1：,扩音系统,执行机构,功率放大器的作用：,用作放大电路的,输出级,，以,驱动,执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。,9.1 功率放大电路概述,功率放大,电压放大,信号提取,3,例2：,温度控制,R,1,-,R,3,:,标准电阻,U,a,:,基准电压,R,t,:,热敏电阻,A,：,电压放大器,R,t,T,U,O,T,温度调节,过程,U,b,U,O,1,R,1,a,R,2,u,o,U,sc,+,R,3,R,t,功 放,b,温控室,A,+,-,u,o,1,加热元件,4,分析功放电路应注意的问题,(1) 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:,I,CM,、,U,CEM,、,P,CM,。,I,CM,P,CM,U,CEM,I,c,u,ce,5,(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（,）。,P,omax,:,负载上得到的交流信号功率。,P,E,：,电源提供的直流功率。,6,不合适，因为效率太低 。,u,o,t,u,o,射极输出器输出电阻低，带负载,能力强，可以用做功率放大器吗,？,问题讨论:,i,b,R,b,u,o,U,SC,u,i,R,E,估算射极输出器的效率 ：,Q,i,c,u,ce,U,SC,(设,R,L,=,R,E,),7,为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真),，,静态工作点（,Q,）,设置较高（靠近负载线的中部）。,若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号,u,o,的峰值最大只能为：,u,o,的取值范围,Q,I,c,u,CE,U,SC,直流负载线,交流负载线,U,CEQ,= 0.5,U,SC,静态工作点：,8,放大电路的输出没有失真的工作方式称为,甲类放大,。,1. 直流电源输出的功率,2. 最大负载功率,3. 最大效率,(,R,L,=,R,E,时),9,如何解决效率低的问题？,办法：,降低,Q,点。,既降低,Q,点又不会引起截止失真的办法：,采用,推挽输出电路，,或,互补对称射极输出器。,缺点：,但又会引起截止失真。,10,9.2 互补对称功率放大电路,互补对称功放的类型,无输出变压器形式,（,OTL,电路）,无输出电容形式,（,OCL,电路）,OTL: Output,TransformerLess,OCL: Output,CapacitorLess,互补对称：,电路中采用两支晶体管，,NPN、,PNP,各一支；两管特性一致。,类型：,11,9.2.1 无输出电容的互补对称功放电路,一、工作原理（设,u,i,为正弦波）,电路的结构特点：,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,1. 由,NPN,型、,PNP,型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,2. 双电源供电。,3. 输入输出端不加隔直电容。,12,i,c,1,i,c,2,动态分析：,u,i,0V,T,1,截止，,T,2,导通,u,i, 0V,T,1,导通，,T,2,截止,i,L,=,i,c,1,;,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,i,L,=,i,c,2,T,1,、,T,2,两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为,乙类放大,。,因此，不需要隔直电容。,静态分析,：,u,i,= 0V,T,1,、,T,2,均不工作,u,o,= 0V,13,乙类放大的输入输出波形关系:,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,交越失真,死区电压,u,i,u,o,u,o,u,o,t,t,t,t,交越失真：,输入信号,u,i,在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。,14,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,(1) 静态电流,I,CQ,、,I,BQ,等于零；,(2) 每管导通时间等于半个周期 ；,(3) 存在交越失真。,乙类放大的特点：,15,二、最大输出功率及效率的计算,假设,u,i,为正弦波且幅度足够大，,T,1,、,T,2,导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,U,L,max,负载上得到的最大功率为：,i,L,-,U,SC,R,L,u,i,T,1,T,2,U,L,+,U,SC,若忽略晶体管的饱和压降，,则负载（,R,L,),上的电压和电流的最大幅值分别为：,16,电源提供的直流平均功率计算：,每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:,两个电源提供的总功率为：,U,SC,1,=,U,SC,2,=,U,SC,t,i,c,1,17,效率为：,18,三、电路的改进,1. 克服交越失真,交越失真产生的原因：,在于晶体管特性存在非线性，,u,i,I,B,，,则,22,3. 电路中增加复合管,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：,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,b,e,c,i,b,i,c,方式一：,23,b,e,c,i,b,i,c,1,2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效,后晶体管的性能确定均如下：,24,改进后的,OCL,准互补输出功放电路：,T,1,：,电压推动级,T,1,、,R,1,、,R,2,：,U,BE,倍增电路,T,3,、,T,4,、,T,5,、,T,6,：,复合管构成的输出级,准互补,输出级中的,T,4,、,T,6,均为,NPN,型晶体管，两者特性容易对称。,+,U,SC,-,U,SC,R,1,R,2,R,L,u,i,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,25,-,U,EE,+,U,CC,E,R,C,T,1,R,C,T,2,T,5,T,6,R,C,3,R,E,2,R,C,4,R,E,3,T,7,T,9,T,8,R,E,4,R,E,5,T,11,T,10,R,L,第4级：互补对称射极跟随器,差动放大器,第2级,第1级：,差动放大器,第3级：,单管放大器,集成运放内部的功率放大器,26,9.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,则,T,1,、,T,2,特性对称，,令：,0.,5U,SC,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,U,C,27,三、动态分析,设输入端在 0.5,U,SC,直流电平,基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大，,U,C,基本保持在0.5,U,SC,，,负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,i,c,1,i,c,2,交越失真,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,时，,T,1,导通、,T,2,截止；,时，,T,1,截止、,T,2,导通。,0.5,U,SC,u,i,t,28,四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且,u,i,幅度足够大。则：,u,L,U,Lmax,u,i,t,t,29,实用,OTL,互补输出功放电路,调节,R,使静态,U,AQ,=0.5,U,SC,D,1,、,D,2,使,b,1,和,b,2,之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,R,e,1,、,R,e,2,：,电阻值12,，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,D,1,D,2,u,i,+,U,SC,R,L,T,1,T,2,T,3,C,R,B,R,e,1,R,e,2,b,1,b,2,A,30,9.3 实际功放电路,这里介绍一个实用的,OCL,准互补功放电路。其中主要环节有 ：,(1) 恒流源式差动放大输入级（,T,1,、,T,2,、,T,3,）；,(2),偏置电路（,R,1,、,D,1,、,D,2,）；,(3),恒流源负载（,T,5,）；,(4) OCL,准互补功放输出级（,T,7,、,T,8,、,T,9,、,T,10,）；,(5),负反馈电路（,R,f,、,C,1,、,R,b,2,构成交流电压串联负反馈）；,(6) 共射放大级（,T,4,）；,(7),校正环节（,C,5,、,R,4,）；,(8),U,BE,倍增电路（,T,6,、,R,2,、,R,3,）；,(9),调整,输出级工作点元件,（,R,e,7,、,R,c,8,、,R,e,9,、,R,e,10,）。,31,+24,V,u,i,R,L,T,7,T,8,R,C,8,-,24,V,R,2,R,3,T,6,R,c,1,T,1,T,2,R,b,1,R,b,2,C,1,R,f,R,1,D,1,D,2,T,3,R,e,3,T,4,R,e,4,C,2,T,5,R,e,5,C,3,C,4,T,9,T,10,R,e,10,R,e,7,R,e,9,C,5,R,4,BX,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,U,BE,倍增,电路,恒流源,负载,准互补功放级,保险管,负载,实用的,OCL,准互补功放电路：,32,输出功率的估算：,输出电压的最大值约为 19.7,V，,设负载,R,L,= 8,则最大输出功率为：,实际输出功率约为 20,W。,注：,该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童诗白主编）。,33,9.4 集成功率放大器,特点：,工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。,集成功放,LM384：,生产厂家：,美国半导体器件公司,电路形式：,OTL,输出功率：,8,负载上可得到5,W,功率,电源电压：,最大为28,V,34,集成功放,LM384,管脚说明:,14,-,电源端（,V,cc,）,3、4、5、7 -,接地端（,GND）,10、11、12 -,接地端（,GND）,2、6 -,输入端,（一般2脚接地）,8 -,输出端,（经500,电容接负载）,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1 -,接旁路电容（5,）,9、13 -,空脚（,NC）,35,集成功放,LM384,外部电路典型接法：,500,-,+,0.1,2.7,8,14,6,2,1,5,V,cc,u,i,8,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,36,利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。,一、特点,例：,OCL,电路中,，,若,R,L,=80, 、,需要输出功率,P,O,=50W。,根据公式,得电源电压：,90,V,的电压,对电子电路显然不合适。,利用变压器阻抗变换关系(,R,L,=,K,2,R,L,)，,把阻抗变小，便可解决以上问题。,9.5 变压器耦合式功放电路,37,（变阻抗）,变压器原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：,变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,38,二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,放大器：,由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。,39,输入变压器：,将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使,T,1,、,T,2,轮流导通。,输出变压器：,将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,40,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,2. 动、静态分析,静态分析,：,u,i,= 0 ，,T,1,、,T,2,均截止，,i,L,= 0 。,变压器线圈对于直流相当于短路。,41,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,动态分析,：,u,i, 0,时：,T,1,导通、,T,2,截止，,i,c,1,经变压器耦合给负载，,i,L,的方向由,i,c,1,决定。,若,u,i,为正弦信号，则,i,L,近似为正弦波,。,u,i, 0,时：,T,2,导通、,T,1,截止，,i,c,2,经变压器耦合给负载，,i,L,的方向由,i,c,2,决定。,i,c,2,i,c,1,T,1,、,T,2,都只在半个周期内工作，存在,交越失真,。,42,3. 输出功率及效率,分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载,R,L,。,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,43,三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,R,b,1,、,R,b,2,、,R,e,的作用：,克服交越失真。,U,SC,T,1,T,2,R,L,i,L,u,i,R,e,R,b,2,R,b,1,44,两个三极管都构成静态工作点稳定的共射极放大器。其静态工作点都设在刚刚超过截止区，,I,B,很小，,I,C,也很小，从而降低了直流功耗。,直流通道,变压器线圈对于直流相当于短路：,U,SC,T,1,T,2,R,e,R,b,2,R,b,1,45,第九章,结束,模拟电路,46,