第4章 模电基础知识

第4章功率放大电路例：扩音系统功率放大电路的作用：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。4.1功率放大电路的主要特点功率放大电压放大信号提取功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。提高效率减小失真管子的保护提高效率的途径降低静态功耗，即减小静态电流。#功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质上的区别吗？要解决的问题1.要求：功率大效率高要保护按工作点位置分乙类：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°分类2.放大电路中三极管的工作状态按耦合方式分阻容耦合（OTL）变压器耦合直接耦合（OCL）分类分析的问题最大输出功率Pom，效率η以及对功放管的要求。.放大电路的分析方法图解法3.放大电路的分析方法图解法压器耦合推挽功率放大电路T1：输入变压器T2：输出变压器VT1和VT2接成对称形式。当uI为正半周时，VT1导电，VT2截止当uI为负半周时，VT2导电，VT1截止。优点：输入为零时，静态功耗等于零，效率高，阻抗匹配缺点：变压器体积庞大，消耗有色金属，高、低频相移，自激振荡，无法集成。本章主要介绍直接耦合方式的互补对称式功率放大电路。4.2.1电路组成和工作原理OTL（OutputTransformerLess）R1和R2调整uO电位为VCC/2电容C2两端直流电压为VCC/2u1正半周：VT1电，VT2截止，ic1从VCC经VT1，C2，RL，公共端。u1负半周：VT2导电，VT1截止，ic2从C2正极经VT2，地，RL，C2负极。由于不使用变压器，VT1和VT2轮流导电，每管导电180°，二者电流互补，结构对称，OTL乙类互补对称电路。优点：静态功耗为零，效率高缺点：交越失真iC1iC21.OTL互补对称电路交越失真u1幅度小于死区电压时，两管都不导电。在VT1、VT2轮时流导电的交界处，将有一段间两个三极管均截止。OTL甲乙类互补对称电路OTL甲乙类互补对称电路由于二极管抬高了三极管基极的电压，ic1和ic2的波形如图所示，两管轮流导电的交替过程比较平滑，最终得到的iL和u0的波形接近理想的正弦波，减小了交越失真优点：效率高，失真小。在实际工作中广泛应用。缺点：大电容，低频率失真，高频相移，无法集成。ic1ic2静态时：υi=0VT1、T2均不工作υo=0V动态时：υi0VT1截止，T2导通υi0VT1导通，T2截止iL=ic1;υi-VSCT1T2υo+VSCRLiLiL=ic2注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。a.工作原理（设υi为正弦波）4.2互补对称功率放大电路2.OCL互补对称电路υi-VSCT1T2υo+VSCRLiLυiυoυoυo´交越失真死区电压b.输入输出波形图互补对称功率放大电路υi-VSCT1T2υo+VSCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间于半个周期；(3)存在交越失真。互补对称功率放大电路c。特点：假设υi为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。VLmax负载上得到的最大功率为：iL-UCCRLυiT1T2υL+UCC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流分别为：LCCLCCLRVIVVmaxmaxLCCLCCCCoRVRVVP21222max互补对称功率放大电路d.分析计算电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：VCC1=VCC2=VCC01)(sin21LCCLCCavRVttdRVILCCavavRVII12LCCLCCCCEEERVRVVPPP22122tic1LCCRV互补对称功率放大电路d.分析计算%5.7842222maxLCCLCCEoRVRVPP效率为：（1）克服交越失真的措施：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；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-VCCυLυiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路互补对称功率放大电路（OCL）改善低频特性的电路（OCL）υB1tVTtiBIBQ（2）波形关系：ICQiCυBEiBib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。iCQυceVCC/REVCCIBQ互补对称功率放大电路改善低频特性的电路（OCL）为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用VBE电压倍增电路替代。（3）VBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2VIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到VBE任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则221RRRVVBE互补对称功率放大电路f.电路的改进2、改善低频特性的电路（OCL）1.复合管的接发（1）优点①可获得更大的输出功率；②可提高放大倍数β=β1β2，降低驱动电流；③可以使两管比较对称；（2）结构4.3采用复合管的互补对称式放大电路cbeT1T2ibic复合NPN型ie1ic2ie2ib2ieic1ib1becibicie晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。互补对称功率放大电路（2）结构3.复合管的β和rbe互补对称功率放大电路复合管的电流放大系数βiC=iC1+iC2=β1ib1+β2ib2=β1ib1+β2ie1=β1ib1+β2(1+β1)ib1=(β1+β2+β1β2)ib1≈β1β2ib1=βib∴β=iC/ib=β1β2rbe=rbe1+(1+β1)rbe2RrcbeT1T2ibicie1ic2ie2ib2ieic1ib1改进后的OCL准互补输出功放电路：T1：电压推动级T2、R1、R2：UBE倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLυiT1T2T3T4T5T63.电路中增加复合管互补对称功率放大电路（OTL）f.电路的改进4.4.1集成功率放大器的电路组成LM386双端输入，单端输出差分放大VT1、VT2组成复合管，VT3、VT4组成复合管VT5和VT6组成镜像电流源VT3集电极输出，传送到中间级。VT7共射放大，集电极负载由恒流源充当，得到很高的增益。+24VυiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX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率放大器g.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28V14--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（4.7）9、13--空脚（NC）集成功放LM384外部电路典型接法：500-+0.12.781462147Vccui8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g.集成功率放大器第四章结束