功率放大放电路 电路知识讲解

,单击此处编辑母版标题样式,*,例：,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。,概述,功率放大,电压放大,信号提取,功率放大电路的特点（,1,）,功率放大电路的作用：,用于多级放大电路的输出级，提供一定的功率以,驱动负载,工作。,功率放大电路的特点：,1,、尽可能大的输出功率,2,、尽可能高的功率转换,转换效率,P,O,指负载获得功率,P,V,指电源提供的直流功率,3,、允许一定的非线性失真,功率放大电路的特点（,2,）,功率放大电路的工作状态,根据放大管,Q,点的不同位置,，可分为三种工作状态,1,、甲类工作状态,2,、乙类工作状态,3,、甲乙类工作状态,max,=50%,max,=78%,不失真,失真,分析功放电路应注意的问题,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,(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,om,:,负载上得到的交流信号功率,。,P,V,：,电源提供的直流功率,。,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,u,ce,Q,I,c,U,SC,/R,E,U,SC,R,b,u,o,U,SC,u,i,R,E,射极输出器效率低的原因：,一般射随静态工作点（,Q,）设置在靠近负载线的中部，信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（,I,CQ,），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设,Q,点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：,U,CEQ,=0.5,U,CC,；,I,CQ,=0.5,U,CC,/,R,C,。,答：,不合适，因为效率太低。,如何解决效率低的问题？,办法：降低,Q,点,但又会引起截止失真,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,OTL:Output,TransformerLess,OCL:Output,CapacitorLess,互补对称功放的类型：,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）,乙类互补功放电路,(OCL),1,、电路结构,T,1,T,2,R,L,+U,CC,-U,CC,+,+,-,-,u,i,u,o,结构,特点,：,T,1,与,T,2,参数对称,2,、工作原理,静态时，,u,i,=0,因,T,1,、,T,2,无直流偏置，即,I,B,=0,，,所以,T,1,、,T,2,均工作于乙类状态，,u,o,=0,动态时，,u,i,为正弦信号,在,u,i,的,正,半周，,T,1,导通、,T,2,截止,在,u,i,的,负,半周，,T,1,截止、,T,2,导通,乙类互补功放电路（,2,）,3,、输出功率,P,O,输出电压、电流达最大值,输出电压、电流达最大值,U,omax,=U,CC,-U,CES,I,omax,=,（,U,CC,-U,CES,）,/R,L,乙类互补功放电路（,3,）,最大输出功率计算,忽略管子的饱和压降,U,CES,，有,U,omax,=U,CC,，所以,结论,：当输出电压达到最大时，输出功率也达到最大,输出电压如何能达到最大？,有效值,乙类互补功放电路（,4,）,4,、转换效率,由于两个电源交替输出相等功率，所以,设,i,C,=,I,om,sin,t,，有,转换效率为,结论,：当输出电压达到最大时，转换效率也达到最大,乙类互补功放电路（,5,）,5,、最大管耗,P,Tm,由功率守恒，有电路中,管耗,功放电路的损耗主要消耗在三极管上，故称为管耗,注意,：最大管耗并不出现在输出电压达到最大时,结论,：每管的最大管耗,=,0.2P,om,功率管选取原则：,管子的极限参数：,例,乙类互补对称电路，已知电源电压为,24V,，负载电阻为,8,，试求（,1),输入信号,U,i,=12V,时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率及转换效率；（,2,）输入信号增大至使管子在基本不失真情况下输出最大功率时，互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率及转换效率；（,3,）晶体管的极限参数。,解,：（,1,）在,U,i,=12V,时的幅值为,U,im,=1.414U,i,=17V,考虑到互补对称电路是射极输出器，其电压放大倍数接近于,1,，因此输出电压近似等于输入电压且同相，即,U,om,=17V,输出功率,管耗：,直流电源的功率,转换效率为,（,2,）在最大输出功率时，最大输出电压,U,om,=,U,OMax,=24V,此时要求输入信号的幅值也是,24V,，即,U,im,=,U,om,最大输出功率,电源提供的功率,管耗,注意：此时两管功耗并不是最大功耗,效率,（,3,）晶体管极限参数的选取：,管子的最大允许耗散功率,集,-,射极反向击穿电压,集电极最大允许电流,乙类互补功放电路（,6,）,6,、乙类功放电路中的,交越失真,交越失真,产生原因,T,1,、,T,2,存在死区电压,1.,克服交越失真的措施：,R,1,D,1,D,2,R,2,静态时,:,T,1,、,T,2,两管发射结电位分别为二极管,D,1,、,D,2,的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；,动态时：,设,u,i,加入正弦信号。正半周,T,2,截止,，,T,1,基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周,T,1,截止，,T,2,基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。,+,U,SC,-,U,SC,U,L,u,i,i,L,R,L,T,1,T,2,电路中增加,R,1,、,D,1,、,D,2,、,R,2,支路,u,B,1,t,U,T,t,i,B,I,BQ,波形关系：,I,CQ,i,C,u,BE,i,B,i,b,特点：,存在较小的静态电流,I,CQ,、,I,BQ,，基本不失真。,i,C,Q,u,ce,U,SC,/,R,E,U,SC,I,BQ,甲乙类,为更换好地和,T,1,、,T,2,两发射结电位配合，克服交越失真电路中的,D,1,、,D,2,两二极管可以用,U,BE,电压倍增电路替代。,2.,U,BE,电压倍增电路,B,1,B,2,+,-,B,E,R,1,R,2,U,I,B,I,合理选择,R,1,、,R,2,大小，,B,1,、,B,2,间便可得到,U,BE,任意倍数的,电压。,图中,B,1,、,B,2,分别接,T,1,、,T,2,的基极。假设,I,I,B,，则,3.,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。,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,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。,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,b,e,c,i,b,i,c,复合,NPN,型,复合,PNP,型,改进后的,OCL,准互补输出功放电路：,T,1,：,电压推动级,T,2,、,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,乙类互补功放电路（,7,）,7,、准互补对称功放电路,结构,特点,：,用复合管实现互补作用,end,集成运放内部的功率放大器,T,5,T,6,R,C3,R,E2,R,L,R,C4,R,E3,T,7,T,9,T,8,T,4,R,2,R,1,T,3,R,3,R,C1,T,1,R,C2,T,2,-,+,R,E4,R,E5,T,11,T,10,+U,CC,-U,EE,第,1,级：差动放大器,第,2,级：差动放大器,第,3,级：单管放大器,第,4,级：互补对称射极跟随器,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,）。,+24V,u,i,R,L,T,7,T,8,R,C,8,-24V,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：,RC,低通,单电源互补对称电路（,OTL,电路）,1,）电路特点：,由单电源供电，输出端通过耦合电容,C,L,与负载相连,2,）工作原理：,静态时，,两管对称；穿透电流,I,CEO1,=I,CEO2,，,所以,V,A,=0.5U,CC,，即电容两端电压为,0.5U,CC,有信号时，,在,u,i,的正半周,T,1,导通，,T,2,截止。电源,U,cc,向,C,L,充电并在,R,L,两端输出正半周波形；,在,u,i,的负半周,T,1,截止，,T,2,导通。,C,L,向,T,2,放电提供电源并在,R,L,两端输出负半周波形。因此,T,1,和,T,2,管的电源电压都是,0.5U,cc,.,T,1,T,2,R,L,+U,CC,+,+,-,-,u,i,u,o,A,C,L,u,i,t,0,0.5U,CC,无输出变压器的互补对称功放电路,OTL,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：,U,SC,/2,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,U,C,三、动态分析,若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则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,（,U,C,相当于电源）,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。,设输入端在,0.5U,SC,直流电平基础上加入正弦信号,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：,L,SC,L,SC,L,R,U,I,U,U,2,2,max,max,=,=,，,u,L,U,Lmax,u,i,t,t,D,1,D,2,u,i,+,U,SC,R,L,T,1,T,2,T,3,C,R,A,R,e,1,R,e,2,实用,OTL,互补输出功放电路,调节,R,使静态,U,A,=0.5U,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,b,1,b,2,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,5W,功率,电源电压：,最大为,28V,集成功放