第7章功率放大电路

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,第七章,功率放大电路,国家级精品课程,模拟电子技术基础教程,编写组,第七章 功率放大电路,7.,1,功率放大电路的一般问题,7.,2,互补推挽功率放大电路,7.,3,丁类音频功率放大器,7.,集成功率放大器,7.5,功率器件,7.1,功率放大电路的一般问题,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。,功率放大,电压放大,信号提取,放大器方框图如下：,负载,(换能器),前 置,放大器,功 率,放大器,信号源,由电压放大电路组成，,不失真地 提高信号电压幅度,保证信号失真在允许范围，,提高输出功率，以驱动负载,7.1,功率放大电路的一般问题,（1）,P,om,大(,U,om,I,om,)。,（2）管子工作于极限状态,P,CM,、,I,CM,、,U,BR(CEO),（3）电路工作于大信号图解法分析。,（4）,高,，,失真小。,一、功率放大电路的主要特点,负载上有用信号功率。,电源输出功率。,二、提高效率途径,甲乙类放大,半个周期以上有电流,。,i,C,/mA,t,0,i,C,/mA,u,CE,/V,Q,0,i,C,/mA,t,0,i,C,/mA,u,CE,/V,Q,0,0,i,C,/mA,t,i,C,/mA,u,CE,/V,Q,0,既降,Q,又不失真：,采用,推挽输出电路，或,互补对称射极输出器。,甲类放大,整个周期内均有电流。,失真小，,低,乙类放大,半个周期导通有电流。,失真大，,高,R,B,+,V,CC,C,1,C,2,R,E,R,L,u,i,u,o,+,V,CC,R,L,u,i,u,o,7.2,互补推挽功率放大电路,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：,7.2.1,乙类互补对称功率放大电路,一、电路结构特点,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,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.输出端不加隔直电容（,OCL）。,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,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,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，为,乙类放大,。,静态分析：,u,i,=0V,T,1,、,T,2,均不工作,u,o,=0V,二、电路工作原理,三、分析计算,静态,Q：,U,CE1,=,V,CC,U,CE2,=-,V,CC,I,C1,=,I,C2,=0,动态：,（1）交流负载线斜率为,-1/,R,L,为分析方便，如图曲线倒置成,Q,点重合,负载斜率相等且都通过,Q,点，那么合成的负载线成图示的一条直线。,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,（2）,U,om,=,U,cem,=,U,im,I,om,=,I,cm,=,U,om,/,R,L,（3）,U,om(max),=,U,cem(max),=,V,CC,U,ces,V,CC,参数估算,(1)输出功率,P,o,：,最大不失真输出功率为,：,(2)直流电源供给功率,P,V,:,(3)效率,:,(4)管耗：,两管管耗,最大管耗,此时,总结：,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,归一化曲线图(动画),四、晶体管选择,：,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,u,i,-,V,CC,T,1,U,CE2,0,+,V,CC,(1),P,CM,0.2,P,omax,;,(2)|,U,(BR)CEO,2,V,CC,；,(3),I,CM,V,CC,/,R,L,设 ，计算：,（,1,）若输入信号有效值为,10V,，求电路的,P,o,、,P,V,和效率,及单管管耗。,（,2,）若 ，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。,（,3,）求每个管子的极限参数。,（,4,）若 ，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。,例,7.2.1,乙类,OCL,参数估算,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,解：,（,1,）,例,7.2.1,乙类,OCL,参数估算,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,解：,（,2,）,例,7.2.1,乙类,OCL,参数估算,（,3,）,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,解：,（,4,）,例,7.2.1,乙类,OCL,参数估算,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,R,L,i,L,u,i,-,V,CC,T,1,T,2,u,o,+,V,CC,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。,五、交越失真,一、克服交越失真,电路中增加,R,1,、,D,1,、,D,2,、,R,2,支路。,R,1,D,1,D,2,R,2,+,V,CC,-,V,CC,U,L,u,i,i,L,R,L,T,1,T,2,静态时:,T,1,、,T,2,均处于微弱导通状态；,两管导通时间均比半个周期大一些，为“,甲乙类放大,”。,动态时：,设,u,i,加正弦信号,正半周,T,2,截止，,T,1,导通；,负半周,T,1,截止，,T,2,导通。,7.2.2,甲乙类互补对称功率放大电路,D,1,、,D,2,两二极管可以用,U,BE,电压倍增电路替代。,二、,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,7.2.3,准互补对称功率放大电路,1.,增加复合管的目的：,扩大电流的驱动能力。,2.,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：,一、复合管,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：,i,e,b,e,c,i,b,i,c,i,e,复合管的几种接法,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。,+,V,CC,-,V,CC,R,1,R,2,R,L,u,i,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,二、准互补对称功率放大电路,-,V,EE,+,V,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,7.2.4,单电源互补对称功率放大电路,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.,5,V,CC,R,L,u,i,T,1,T,2,+,V,CC,C,A,U,L,+,-,U,C,三、动态分析,设输入端在 0.5,V,CC,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,V,CC,。,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,+,V,CC,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,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,o,U,omax,u,i,t,t,实用,OTL,互补输出功放电路,调节,R,使静态,U,AQ,=0.5,V,CC,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,+,V,CC,R,L,T,1,T,2,T,3,C,R,B,R,e,1,R,e,2,b,1,b,2,A,7.,丁类音频功率放大器,丁类功放：,放大元件处于开关工作状态。无信号输入时截止；有信号输入时,饱和。,优点：效率高，发热少。,适用于电池供电的便携式电子设备及大功率电子设备中，提供音频功率，也称音频放大器，或称数字音频放大器,7.,丁类音频功率放大器,PWM,调制器：,将模拟音频信号变成一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。,开关输出级：,把调制器输出的,PWM,信号变成高电压、大电流的大功率,PWM,信号。,低通滤波器：,将大功率,PWM,波形中的音频信号还原出来。,一、,电路组成,7.,丁类音频功率放大器,二、,工作原理,7.,丁类音频功率放大器,（）效率高：,理想情况下可达,100,。,导通：电流很大但压降很小；,截止：承受的压降很大但电流很小。,无论导通还是截止，管耗均很小。,（,2,）失真小,原始音频信号的信息包含在脉冲信号的宽度中（非幅度；放大过程中脉冲信号幅度上的失真并不会使原始音频信号产生失真。,三、,特点,.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。,7.4.1,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,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）,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,.4,集成功率放大器,7.4.2,集成音频放大器,MAX9712,：,生产厂家：,MAXIM,公司,电路形式：,丁类音频放大器,输出功率：,8,负载上可得到,500mW,功率,效率,：,高于85,音频放大器,MAX9712,管脚说明:,1-,电源端（,V,DD,）,4-,接地端（,GND）,2、,3,同、反相 输入端,8、-,输出端,-,关断输入,10、7,-,H桥电源和功率地,-,频率选择及外部时钟输入,两个,MAX9712,可组成立体声放大器,使两个器件的开关频率同步,主器件,从器件,本章小结,（,1,）在电源电压确定的情况下，功放的组成原则是在失真允许的范围内尽可能地提高输出功率和转换效率。,（,2,）由于功放管工作在大信号极限状态，通常采用图解法分析,（,3,）低频