功放电路学习

5.1功率放大电路的一般问题5.2乙类双电源互补对成功率放大电路5.3甲乙类互补对成功率放大电路5.4集成功率放大器5.5功率器件例：扩音系统功率放大器的作用：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。5.1概述功率放大电压放大信号提取一.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。ICMPCMUCEMIcuce（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（）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。%100maxEoPP（5）功放管散热和保护问题二.甲类功率放大器分析三极管的静态功耗：若CCCEQVU21的功耗相等则三极管和负载电阻LRCQCEQEIUPCQCCRLEIVPP21动态功耗（当输入信号Ui时）放大电路向电阻性负载提供的输出功率omomomomo2122IVIVP在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。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CQCCIVP)21(210电源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此电路的最高效率25.00EmPP甲类功率放大器存在的缺点：•输出功率小•静态功率大，效率低三.几种工作状态根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管可分为几个工作状态：乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°动画演示一.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ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型5.2乙类互补对称功率放大电路二、工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2静态时：ui=0Vic1、ic2均=0（乙类工作状态）uo=0V动态时：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL输入输入波形图uiuououo´交越失真死区电压ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失真。特点：组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Vom=VCC-VCESvo=-vce动画演示（1）最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP实际输出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVP图解分析演示图三、分析计算单个管子在半个周期内的管耗)(d)(21=0LooCCT1tRvvVPππ（2）管耗PT两管管耗)d(sin)sin(210LomomCCtRtVtVVππ)d()sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVVππ)4(12omomCCLVVVRT2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR（3）电源供给的功率PEToE=PPPLomCC2RVV当时，CComVV2L2CCEmRVP（4）效率CComEo4=VVPP时，CComVV%78.54四．三极管的最大管耗)4VVV(R1)td(RtsinV)tsinVV(π21=P2omomCCLLomπ0omCCT1oML2CCT1maxP2.0R2V2.0P问：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=0.64VCC处。将Vom=0.64VCC代入PT1表达式：选管条件1.PCMPT1max=0.2PoM2．CCCEOBRVV2)(L2CCoMR2VPtuo交越失真uit+VCC-VCCuiiLRLT1T2A存在交越失真OCL电路乙类互补对称功放的缺点R1D1D2R2静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管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基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路1.基本原理5.3甲乙类互补对称功率放大电路一.甲乙类双电源互补对称电路uB1tUTtiBIBQ波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ2.带前置放大级的功率放大器动画演示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。cbeT1T2ibicbecibic12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibic复合NPN型复合PNP型becibic4.改进后的OCL准互补输出功放电路：T1：电压推动级（前置级）T2、R1、R2：UBE扩大电路T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6合理选择R1、R2大小，b3、b5间便可得到UBE2任意倍数的电压。22122RRRUUBECE1、基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。（1）静态分析则T1、T2特性对称，,2CCAVU2CCCVU2CCiVu令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC二.甲乙类单电源互补对称电路（2）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。ic1ic2交越失真（电容相当于电源）RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2CCiVu时，2CCiVuT1截止、T2导通。设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：LCCLCCLRVIVU22maxmax，LCCLLLRVIUP8222maxmaxmaxLCCavCCERVIVP22)(sin2210ttdRVILCCav%5.784maxELPP（1）静态偏置（2）动态工作情况调整R1、R2阻值的大小，可使CCK21VV此时电容上电压CCC21VV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、实际电路——克服交越失真动画演示3.带自举电路的单电源功放静态时CCK21VVC3充电后，其两端有一固定电压动态时由于C3很大，两端电压基本不变，使D点电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。自举电路自举电路5.4实用功率放大器举例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（T1、T2、T3）；(2)偏置电路（R1、D1、D2）；(3)恒流源负载（T5）；(4)OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；(5)负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；(6)共射放大级（T4）；(7)校正环节（C5、R4）；(8)UBE倍增电路（T6、R2、R3）；(9)调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。将其集成起来，就成为集成功放电路。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE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：集成功放LM384管脚说明:14--电源端（Vcc）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）集成功放LM384外部电路典型接法：500-+0.12.78146215Vccui8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1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2．为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。3．互补对称功率放大器的几种主要结构：OCL（双电源）——乙类甲乙类。OTL（单电源）——乙类甲乙类。4．随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。本章小结5.1功率放大电路的一般问题一、功放电路特点1．输出功率Po尽可能大2．效率要高Po大，电路的能量损耗也大3．非线性失真要小大信号工作状态，与Po、是一对矛盾要求Vo和Io都足够大4．功放管散热和保护问题二、功放电路分类根据静态偏置的不同，功放电路可分为:甲类、乙类和甲乙类三种功放电路分类比较表：类别工作点波形导通角特点甲类甲乙类乙类较高较低最低360180180—360无失真效率低失真大效率最高失真大效率较高一、电路OCL(OutputCapacitorless)双管：NPN、PNP特性相同且互补双共集电路双电源供电5.2乙类互补功放——标准型也称OCL互补功放二、工作原理vi正半周时结论：两个三极管，轮流导电（正、负半周）互补不足忽略三极管的开启电压:T1导电iE1通过RLVi负半周时T2导电iE2通过RL合成完整、不失真波形互补推挽组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Vom=VCC-VCESvo=-vceL2CESCCL2omomaxR2)VV(R2VPL2omL2cemLcemcemcmcemoooR2VR2VR2V2V2I2VVIP1．输出功率Po三、参数计算)VVV(R2VPCESCComL2CCoM略最大不失真功率为：理想最大输出功率为：以正半周为例2．电源功率PV（PE）LomCCπ0LomCCπ0omCCCCCCVRVVπ2)td(tsinRVπ22V)td(tsinIπ22VIV=P3．三极管的管耗PT)4VVV(R1)td(RtsinV)tsinVV(π21=P2omomCCLLomπ0omCCT1T1TT2T12PPP=PoML2CCT1maxP2.0R2V2.0P问：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=0.64VCC处。将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得：4．效率η当Vom=VCC时，ηmax=π/4=78.5％。CComLomCC2omVoVV4πRVV22VPP四、选管条件1．PCM2．)V(VCEOCEO)BR(3．CMIL2CCoMR2VPPT1max=0.2PoMCCV2LCCRV5.3其它类型互补功率放大电路5.3.1单电源互补功放5.3.2采用复合管的互补功放5.3.3集成功放5.3.4BTL互补功放5.3.5双通道功放5.3.1单电源互补功放LLπ21fRCOTL（Outputtransformerless)单电源电容器Co选择：静态:Vk=VC