模拟电子技术第九章.ppt

功率放大电路 9 1功率放大电路的特点和基本类型 本章目录 总目录 点击即可进入学习 9 2功率放大电路的分析计算 9 3改进型功率放大电路 9 4集成功率放大器 习题解答 如 扩音系统 在电子系统中 模拟信号被放大后 往往要去推动一个实际的负载 如使扬声器发声 继电器动作 仪表指针偏转等 推动一个实际负载需要的功率很大 能输出较大功率的放大器称为功率放大器 功率放大电路的特点和基本类型 一 功放电路的特点 2 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 ICM UCEM PCM 1 输出功率Po尽可能大 3 电流 电压信号比较大 必须注意防止波形失真 4 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载 尽量减少晶体管及线路上的损失 即注意提高电路的效率 Po 负载上得到的交流信号功率 PE 电源提供的直流功率 5 功放电路中半导体器件在大信号条件下运用时 电路中应考虑器件的过热 过流 过压 散热等一系列问题 并要有适当的保护措施 单电源供电 又称OTL OutputTransformerless 电路 双电源供电电路 称OCL OutputCapacitorless 功放电路 二 功放电路的基本类型 功率放大电路主要有互补对称式和变压器耦合推挽式二种类型 1 互补对称式 OTL功率放大器要求输入端 T1 T2基极 上的静态电压也为VCC 2 即 I VCC 2 i 单电源互补对称功率放大器增加了一只大容量 几百 几千微法 的电解电容器 当静态时 i 0 T1和T2都截止 它们的射极电压为VCC 2 所以电容器C上充有VCC 2的电压 输出 o C 0 信号 i为正半周时 T1导电 使T2截止 负截RL上流过正半周电流 信号为负半周时 电容器C上的电压VCC 2作为电源 T2导电 T1截止 负载上流过负半周信号电流 所以电容C要有足够大的容量 使得在信号负半周时能提供出较大的电流 互补对称功率放大器由于在静态条件下T1和T2都处于截止状态 所以它的静态功耗为零 但在动态时存在严重的交越失真 为了克服交越失真 必须给互补对称功率放大电路设置一定的静态工作点 使信号 i 0时 T1 T2管都处于微导电状态 根据静态工作点的不同设置 互补对称功率放大器可以工作在乙类 即导电角 180 甲类功放 即导电角 360 和甲乙类功放 即导电角 180 360 2 变压器耦合推挽式 由变压器原理可知 是由变压器付边负载电阻折合到原边后的等效电阻 变压器耦合的突出优点是可通过改变变压器的变比 能找到一个最佳的等效负载 此时输出功率最大 且不失真 并且 在不提高电源电压的条件下 可以使输出电压的幅度Vom超过电源电压 一 甲类功率放大器分析 1 三极管的静态功耗 若 电源提供的平均功耗 则 9 2功率放大电路的分析计算 2 动态功耗 当输入信号Ui时 输出功率 要想PO大 就要使功率三角形的面积大 即必须使Vom和Iom都要大 最大输出功率 电源提供的功率 此电路的最高效率 甲类功率放大器存在的缺点 输出功率小静态功率大 效率低 最大输出功率 1 结构 互补对称 电路中采用两个晶体管 NPN PNP各一支 两管特性一致 组成互补对称式射极输出器 二 乙类互补对称功率放大电路 2 工作原理 设ui为正弦波 静态时 ui 0V ic1 ic2均 0 乙类工作状态 uo 0V 动态时 ui 0V T1截止 T2导通 ui 0V T1导通 T2截止 iL ic1 iL ic2 T1 T2两个管子交替工作 在负载上得到完整的正弦波 输入输出波形图 ui uo uT2 uT1 死区电压 3 组合特性分析 图解法 负载上的最大不失真电压为Uom VCC UCES 2 最大不失真输出功率Pom 1 输出功率Po 4 分析计算 负载上的最大不失真电压为Uom VCC UCES 一个管子的管耗 3 管耗PT 两管管耗 4 电源供给的功率PE 当 5 效率 最高效率 max 5 三极管的最大管耗 问 Uom PT1最大 PT1max 用PT1对Uom求导 并令导数 0 得出 PT1max发生在Uom 0 64VCC处 将Uom 0 64VCC代入PT1表达式 6 选功率管的原则 1 PCM PT1max 0 2PoM 存在交越失真 乙类互补对称功放的缺点 消除交越失真 甲乙类互补对称功率放大电路 9 3改进型功率放大电路 静态时 T1 T2两管发射结电压分别为二极管D1 D2的正向导通压降 致使两管均处于微弱导通状态 甲乙类工作状态 动态时 设ui加入正弦信号 正半周T2截止 T1基极电位进一步提高 进入良好的导通状态 负半周T1截止 T2基极电位进一步降低 进入良好的导通状态 电路中增加R1 D1 D2 R2支路 基本原理 一 甲乙类互补对称功率放大电路 1 甲乙类双电源互补对称电路 EWB仿真 2 带前置放大级的功率放大器 带运放前置放大级的功率放大电路 运放A接成同相输入方式作前置放大级 引入了电压串联负反馈 整个电路的电压放大倍数 3 带复合管的OCL互补输出功放电路 T1 电压推动级 前置级 T2 R1 R2 UBE倍增电路克服交越失真 T3 T4 T5 T6 复合管构成互补对称功放 输出级中的T4 T6均为NPN型晶体管 两者特性容易对称 特别注意 甲乙类互补对称电路的计算同乙类 1 基本原理 单电源供电 输出加有大电容 1 静态偏置 二 甲乙类单电源互补对称电路 OTL 调整RW阻值的大小 可使 此时电容上电压 2 动态分析 电容起到了负电源的作用 Ui负半周时 T1导通 T2截止 Ui正半周时 T1截止 T2导通 3 输出功率及效率 若忽略交越失真的影响 则 注意 OCL双电源供电 OTL单电源供电 除了这一点之外两者完全相同 所以 只要把OCL计算公式中的VCC变为1 2VCC 就得到OTL的计算公式 如 OCL OTL 若忽略交越失真的影响 则 此电路存在的问题 输出电压正方向变化的幅度受到限制 达不到VCC 2 2 带自举电路的单电源功放 用自举电路来解决 带自举电路的单电源功放 静态时 C1充电后 其两端有一固定电压 动态时 由于C1很大 两端电压基本不变 使C1上端电位随输出电压升高而升高 保证输出幅度达到VCC 2 C1 R7为自举电路 9 4集成功率放大器 一般通用型集成运放的输出功率是很小的 如 A741的输出功率仅为100mW左右 在需要较大功率场合 可选用集成功率放大器 5W音频放大器 OTL电路 34dB增益 BW 300kHz 8欧姆负载时输出功率5W 音量调节 改善音质 低频旁路 电源去耦 OCL音频放大器 20W 交流电压串联负反馈 C1 C2 C3 C4电源去耦滤波 C7 C5 R3改善音质用 D1 D2正负向限幅