功率输出级电路

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,*,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,*,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,(8-,*,),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,*,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,*,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,*,4.4 功率输出级电路,什么是功率放大电路：,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称,功放,。,功率放大电路与其他放大电路的区别：,从能量控制和转换的角度看，功率放大电路与其他放大电路在本质上没有根本的区别，只是功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是,追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。,二、OCL、OTL互补推挽功率放大器,三、MOS输出级电路,一、功率放大器的特点、指标和分类,四、达林顿组态（复合管）,一、功率放大器的特点、指标和分类,1.功放的任务及主要研究对象,功放与电压放大器的任务不同：,电压放大器：,电压放大器为小信号放大器，以获得电压增益为主，主要研究对象是,电压增益,、,输入输出电阻,等。,功率放大器：,为大信号放大器，以获得功率增益为主，主要研究的对象是,输出功率,、,效率,和,失真,等问题。,2.功放的主要特点,根据负载要求，提供所需的输出功率。,一般直接驱动负载，带载能力要强。,管子工作在接近极限状态。,工作于大信号状态，属于非线性电路，常用图解法分析。,要解决的主要问题：,提高效率;,减小失真;,管子的保护.,3.功放的主要技术指标：,最大输出功率,P,Omax,:,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。,在输入为正弦波且输出基本不失真的条件下，输出功率是交流功率，表达式为,P,O,=,I,O,U,O,。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。,功放的输出功率即负载吸收的功率都是由直流电源提供的，希望电源提供的功率尽可能地转换为交流输出功率，而其他各种耗散功率应尽可能的少。因此定义功放的转换效率为：,4.功放工作状态的分类,：（P,117,）,根据正弦输入信号的整个周期内功放管的导通情况，可分为：,i,C,0,u,CE,乙 类（B类）,：,甲 类（A类）：,甲乙类（AB类）,：,丙 类（C类）,：,整个周期都导通，导通角,=360；,大于半个周期导通，导通角180,360,；,小于半个周期导通，导通角,180。,只有半个周期导通，导通角,=180；,甲 类,甲,乙 类,丙 类,乙 类,甲类,乙类,甲乙类,丙类,i,C,0,u,CE,I,BQ,i,c,u,CE,t,u,ce,U,cem,I,cm,I,CQ,5.甲类放大器的转换效率：,C1,R,b,R,C,u,i,E,C,+,-,u,O,+,-,甲类放大器的效率极低，最大只有25。,6.功放提高效率的主要途径：,静态电流大是造成效率低的主要原因。,提高效率的有效方法是：,但是电路工作在乙类或甲乙类状态时，输出信号有严重的失真。,主要矛盾：,效率和失真,解决方法：,减小静态电流，使电路工作在乙类或甲乙类状态。,采用互补推挽功放电路。,互补推挽功率放大电路电路：（互补对称功率放大电路）,互补推挽功率放大电路是当前最常用的功放电路形式。,互补推挽功率放大电路的主要形式：,常用于分立器件功放和集成电路的功放级。,OCL,电路,OTL,电路,二、OCL互补推挽乙类功率放大器,1.电路组成,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,单管组成射级输出器。,静态时，V1、V2截止，,I,E1,=,I,E2,0,，,I,RL,=0，,U,E,=0，,输出电压,u,O,=0。,0V,2.工作原理：,U,CE1,=,E,C,U,CE2,=-,E,E,;,两个三极管在信号的正、负半 周轮流导通，使负载得到一个 完整的波形。,u,i,u,O,E,C,R,L,+,-,V,1,u,i,u,O,-,E,E,R,L,+,-,V,2,u,i,t,i,C1,t,i,O,t,u,O,t,i,C2,t,i,C1,i,C2,忽略BJT输入特性的死区电压，,i,O,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,i,C1,i,C2,3.电压传输特性和失真,u,O,u,i,死区,跟随区,跟随区,饱和区,饱和区,-,E,C,E,C,0.5,-0.5,（1）死区与交越失真：,因BJT存在死区，在,|,u,i,|,E,C,时，两管轮流进入饱和区，输出电压会产生饱和失真。,i,O,4.克服交越失真的方法,在两管的基极间增加偏置电路，为两管在静态时提供一个初始的偏置电压，使其工作在甲乙类工作状态，从而减小交越失真。,u,i,u,O,E,C,-,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,R,R,V,D1,V,D2,+,-,二极管偏置电路,u,i,u,O,E,C,-,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,R,1,R,C3,V,4,+,-,R,2,V,3,R,e3,U,BE,扩大偏置电路,5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算,u,i,E,C,E,E,R,L,V,1,V,2,I,C1,I,C2,静态分析,：,0,5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算,u,i,E,C,E,E,R,L,V,1,V,2,动态分析,：,求解最大输出功率和转换效率,电源的平均功率,P,E,:,电路的转换效率:,在已知,R,L,的情况下，先求最大输出电压的幅值,U,Om(max),求解输出功率和效率的方法：,最大输出功率:,i,C1,i,R1,5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算,u,i,E,C,E,E,R,L,V,1,V,2,最大输出电压的幅值,U,Om(max,),和最大输出功率,P,Om(max,),最大不失真输出功率：,E,C,U,CES,5.OCL乙类互补推挽功率放大器的分析估算,u,i,u,O,R,L,+,-,V,1,V,2,i,c1,i,c2,u,ce1,u,ce2,交流通路,电源的平均功率,P,E,:,电路的转换效率,:,最大转换效率,max,:,i,C1,t,i,C2,t,i,O,t,理想情况下,集电极平均电流,和转换效率,6.晶体管的极限参数:,I,CM,、,BU,CEO,、,P,CM,（1）集电极最大允许电流,I,CM,：,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,i,C1,i,C2,i,O,实际中应留有一定裕量,（2）反向击穿电压,B,U,CEO,：,当一只管子饱和导通时，另一只截止的管子承受最大反向电压:,实际中应留有一定裕量,（3）集电极最大允许功耗,P,CM,：,P,CM,取决于单管的最大平均管耗,P,T1max,：,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,i,C1,i,C2,i,O,什么时候管子的平均管耗最大呢？,管子功耗与输出电压幅值的关系为:,P,T1,对,U,Om,求导，并令其为0，可得,将,U,Om,代入,P,T1,的表达式，可得,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,乙类,u,i,u,O,E,C,-,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,R,R,V,D1,V,D2,+,-,甲乙类,以上计算公式同样适用于甲乙类互补推挽功率放大器。,实际值,最大可能值,归纳：OCL互补推挽功率放大器的指标估算式：,静态时，,K,点电位被调至,E,C,/2,，,电容被 充电到,E,C,/2。,若电容足够大，则在有信号输入时，可认为其上的电压保持不变，即相当于一个电压为,E,C,/2的恒压源。,u,i,u,O,E,C,R,L,+,-,V,2,V,3,R,C,V,D1,V,D2,+,-,R,R,e,C,R,1,R,2,V,1,K,+,-,E,C,/2,u,i,负半周，V2导通，而V3截止，V2集电极回路的直流电源电压为,E,C,/2。,u,i,正半周，V3导通，而V2截止，V3导电时依靠电容上的电压供电，V3集电极回路的直流电源电压为,-,E,C,/2。,甲乙类,u,O1,u,O,E,C,/2,R,L,+,-,V,2,V,3,i,C2,i,C3,E,C,/2,OTL电路的功率、管耗、效率都可用OCL电路的公式来计算，但要注意电源电压应以,“,E,C,/2”,代入。,电路的性能指标：,u,i,u,O,E,C,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,u,i,u,O,E,C,-,E,E,R,L,+,-,V,1,V,2,R,R,V,D1,V,D2,+,-,三、OTL互补推挽功放,OTL、OCL互补对称功放的比较,最大输出功率,无输出电容,有输出电容,电容,最大效率,电源,最大管耗,单电源,OTL,双电源,OCL,u,i,u,O,E,C,R,L,+,-,V,2,V,3,R,C,V,D1,V,D2,+,-,R,R,C,C,R,1,R,2,V,1,u,i,u,O,E,C,R,L,+,-,V,2,V,3,R,C,V,D1,V,D2,+,-,R,R,C,R,1,R,2,V,1,E,E,四、达林顿组态（复合管）,达林顿管又称复合管。它将二只三极管适当的连接在一起，组成一只等效的新的三极管。这个等效三极管的放大倍数是二者之积。达林顿组态常用于功率放大器和稳压电源中。,1.达林顿组态的四种连接方式：,b,c,e,b,c,e,b,c,e,b,c,e,同型NPN达林顿组态,异型NPN达林顿组态,b,c,e,b,e,c,b,c,e,同型PNP达林顿组态,异型PNP达林顿组态,b,e,c,达林顿电路有四种接法：,NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN,2、组成复合管的要求：,在三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流实际方向一致。,要求外部电极连接的节点处，外电流必须为两个电极电流之和，即后级管子的发射极必须单独接出。,复合管的管型与前一级三极管相同。,b,c,e,b,e,c,b,c,e,b,c,e,例题：分析以下的接法是否正确？,b,e,c,错误,错误,正确（NPN）,正确（NPN）,b,c,e,实际的功率放大器（1）,R,13,u,O,+V,CC,V,T2,R,L,R,2,u,i,R,1,V,T3,C,1,R,14,+,R,3,R,5,R,10,-,+,-,V,T1,V,T4,R,6,R,4,R,9,R,11,R,12,C,2,C,3,C,4,C,6,C,5,C,7,R,8,R,7,OTL互补推挽音频功率放大器,u,O,+V,CC,V,T7,R,L,R,C1,u,i,R,1,V,T9,C,1,R,b2,R,C4,R,F,R,C5,-,V,T4,V,T10,R,e7,R,C8,R,e4,R,e5,R,b1,R,e10,R,2,R,C9,V,D1,C,4,C,5,C,3,2A,R,e3,-V,CC,V,D2,V,T1,V,T2,V,T5,V,T6,V,T8,V,T3,C,2,+,OCL高保真准互补推挽功率放大器,实际的功率放大器（2）,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,集成功率放大器LM384:,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,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。,引脚说明：,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-,接旁路电容（5,）,9、13-,空脚（NC）,外部电路典型接法,500,-,+,0.1,2.7,8,14,6,2,1,5,E,C,u,i,8,7,生