数电--第12讲(功率放大器)

2020/2/21电工电子技术第12讲第11章基本放大电路11.3.1概述11.3.2变压器耦合功率放大电路11.3.3互补对称功率放大电路原理11.3.4无输出变压器(OTL)的互补对称功放电路11.3.5无输出电容(OCL)的互补对称功放电路11.3.6实际功放电路11.3.7集成功率放大器(教材12.8)11.3功率放大电路2020/2/21电工电子技术例：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。11.3.1概述功率放大电压放大信号提取2020/2/21电工电子技术分析功放电路应注意的问题(1)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。ICMPCMUCEMIcuce2020/2/21电工电子技术(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3)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2020/2/21电工电子技术答：不合适，因为效率太低。uotuo射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗问题讨论:ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE2020/2/21电工电子技术射极输出器效率低的原因：一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：UCEQ=0.5USC；ICQ=0.5USC/RE。ESCCQSCERUIUP2/2%25EOPPOPESCESCRURU8)22/(22UCEQ2ICQ22020/2/21电工电子技术如何解决效率低的问题？办法：降低Q点但又会引起截止失真既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器2020/2/21电工电子技术11.3.2变压器耦合推挽功率放大电路输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使T1、T2轮流导通。输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，–+++––USCT1T2RLiLuiReRb2Rb12020/2/21电工电子技术直流通道USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1USCT1T2ReRb2Rb1变压器线圈对于直流相当于短路对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器USCT1ReRb2Rb1两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区,IB很小,IC也很小,降低直流功耗。Q2020/2/21电工电子技术交流通道ib1ui0ui0ib2uiT2T1RLRe–++–+–+–++––ic1++––+–ic2+–输入信号正半周，T1导通，T2截止输入信号负半周，T2导通，T1截止USCT1T2RLiLuiReRb2Rb12020/2/21电工电子技术11.3.3互补对称功率放大电路互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。对称电源：+USC，-USC组成互补对称式射极输出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型2020/2/21电工电子技术一、工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2静态时：ui=0VT1、T2均不工作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的方式。2020/2/21电工电子技术ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图uiuououo´交越失真死区电压2020/2/21电工电子技术ui-USCT1T2uo+USCRLiL(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。特点：2020/2/21电工电子技术二、最大输出功率及效率的计算假设ui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。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC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：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max2020/2/21电工电子技术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：USC1=USC2=USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122tic1LSCRU22020/2/21电工电子技术%5.7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率为：2020/2/21电工电子技术OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型：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）2020/2/21电工电子技术11.3.4无输出变压器的互补对称功放电路一、特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。二、静态分析则T1、T2特性对称，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC2020/2/21电工电子技术三、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（UC相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2SCiUu时，2SCiUuT1截止、T2导通。设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号2020/2/21电工电子技术四、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：LSCLSCLRUIUU22maxmax，LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5.784maxELPPuLULmaxui2SCUtt2020/2/21电工电子技术D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UA=0.5USCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用b1b22020/2/21电工电子技术增加对称的负电源-USC，使静态时的A点电位为011.3.5无输出电容的互补对称功放电路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL电路OCL电路2020/2/21电工电子技术tuo交越失真uit+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真OCL电路2020/2/21电工电子技术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基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路2020/2/21电工电子技术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/REUSCIBQ2020/2/21电工电子技术为更换好地和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UBE电压倍增电路替代。2.UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则221RRRUUBE2020/2/21电工电子技术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。cbeT1T2ibicbecibic复合NPN型复合PNP型2020/2/21电工电子技术改进后的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。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T62020/2/21电工电子技术集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第1级：差动放大器第2级：差动放大器第3级：单管放大器第4级：互补对称射极跟随器2020/2/21电工电子技术11.3.6实际功放电路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）。2020/2/21电工电子技术+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：RC低通2020/2/21电工电子技术11.3.7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28V2020/2/21电工电子技术集成功放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）2020/2/21电工电子技术集成功放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2020/2/21电工电子技术本章小结1.射极输出器作为功放的缺点;2.OTL功放电路结构及各个元件的作用;3.OCL功放电路结构及各个元件的作用。