第5章-功率放大电路

电子技术第五章功率放大电路模拟电路部分第五章功率放大电路§5.1功率放大电路的一般问题§5.2乙类双电源互补对称功率放大电路§5.3甲乙类互补对称功率放大电路§5.4集成功率放大器例1：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。功率放大电压放大信号提取功率放大电路的用途（1）例2：温度控制R1-R3:标准电阻Ua:基准电压Rt:热敏电阻A：电压放大器RtTUO室温T温度调节过程UbUO1uoR1aR2UCC+R3Rt功放b温控室A+-uo1加热元件功率放大电路的用途（2）(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。ICMPCMUCEMIcuce分析功放电路应注意的问题（1）(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地转换给负载，以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。PV：电源提供的直流功率。%100maxVoPP分析功放电路应注意的问题（2）从驱动负载的角度看，共集极电路的输出电阻低，带负载能力强，比其它两种组态更适合。问题讨论RbuoUCCuiibRE何种组态电路适合做功率放大？（共基、共集、共射）RbuoUCCuiREuotuoibQicuceUCCECCRU射极输出器效率的估算（1）放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真，如下图所示。uo的取值范围直流负载线交流负载线QicuCEUCCECCRU射极输出器效率的估算（2）若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：静态工作点：ECCECCCQRURUI25.0CCoUU5.0maxQicuCEUCCECCRU射极输出器效率的估算（3）)sin(tiIiIicmCQcCQC1.直流电源输出的功率射极输出器效率的估算（4）dtiTUdtiUTPTCCCTCCCV001RbuoUCCuiRLiCCQCCTcmCQCCVIUdttiITUP))sin((0LCCLCCCCRURUU2222.最大负载功率射极输出器效率的估算（5）LomLomomoooRURUUIUP2222LCCLCCoRURUP82)5.0(22max%25maxmaxVOPP3.最大效率甲类功放的缺点：效率太低，绝大部分能量都被管子自身消耗掉了。如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。缺点：但又会引起截止失真。QicuCEUCCECCRU射极输出器效率的估算（6）-UCCT2RLui乙类双电源互补对称功率放大电路uiRLT1+UCCui电路的结构特点：ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL1.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.输入输出端不加隔直电容。乙类功放电路的特点ic1ic2动态分析：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-UCCT1T2uo+UCCRLiLiL=ic2T1、T2都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0V乙类功放电路的分析ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期。乙类功放的特点假设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。UomaxiL-UCCRLuiT1T2UL+UCC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：LCCoCCoRUIUUmaxmax乙类功放的分析计算（1）1.负载上得到的最大功率为：LCCoRUP22max乙类功放的分析计算（2）LomLomomoooRURUUIUP22222.电源提供的直流平均功率计算：乙类功放的分析计算（3）iC1-UCCT1T2+UCCRLiC211112ccCCCiiIiidtiTUdtiUTPPTCCCTCCCVV0101121)sin()sin(11tRUtiiLCCmcc每个电源中的电流为半个正弦波:tic1LCCRU乙类功放的分析计算（4）LCCLCCVVRUdttRUPP2212)sin(2%5.7842222maxLCCLCCVmoRURUPP效率为：结论：乙类功放电路效率高。两个电源提供的总功率为：LCCVVVmRUPPP2212乙类功放的分析计算（5）两个管子的总管耗为：LCCLCCoVmTRURUPPP22max212想一想若考虑晶体管的饱和压降，那么PO，PV，PT又分别是多少？乙类功放的分析计算（6）试一试P4078.3.2LOMLOMOMORURUUP2122202)(sin212LOMCCLOMCCRUUttdRUU1122avCCVVIUPPLOMLOMCCoVTRURUUPPP2212乙类功放的分析计算（7）/问题讨论oVTPPPmaxoPVmPTmP-？，当是二次函数，，即单管管耗最大LCCTmRUP222LOMLOMCCoVTRURUUPPP2212因为CComUU2oTmPP2.01。max乙类功放的分析计算（8）ui-UCCT1T2uo+UCCRLiL死区电压uiuouou´o´tttt交越失真：输入信号ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。交越失真乙类功放的缺点交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，uiuT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT电路的改进（1）+UCCUL-UCCuiiLRLT1T2R1D1D2R2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。电路中增加R1、D1、D2、R2支路。电路的改进（2）+UCC-UCCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大”。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。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。电路的改进（3）R1D1D2R2uB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib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。iCQuceUCC/REUCCIBQ甲乙类功放的波形关系为更换好地和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。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。以满足不同电路克服交越失真的需要。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则221RRRUUBEUBE电压倍增电路双电源互补对称功放电路的改进想一想采用双电源供电，在体积、经济等方面均不理想。可否只用一个电源来实现功率放大功能呢？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，,2CCAUU2CCCUU2CCiUu令：0.5UCCRLuiT1T2+UCCCAUL+-UC单电源互补对称功放电路（1）三、动态分析设输入端在0.5UCC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5UCC，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RLuiT1T2+UCCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2CCiUu时，2CCiUuT1截止、T2导通。0.5UCCuit单电源互补对称功放电路（2）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：LCCoCCoRUIUU22maxmax、%5.784maxVmLPP单电源互补对称功放电路（3）LCCLCCoooRURUIUP2)5.0(82222maxmaxmaxui+UCCCA+-UCLCCmcmcavRUittdiI2)(sin21101LCCLCCavCCVmRURUIUP22)5.0(22调节R,使静态UAQ=0.5UCCD1、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。D1D2ui+UCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A甲乙类单电源互补输出功放电路试一试P4088.4.1试一试P4098.4.5互补对称功放的类型单电源形式（OTL电路）双电源形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess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：互补对称功率放大电路总结输出级均为同类型晶体管，两者特性才容易对称——准互补对称。想一想互补对称电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支，两管特性能确保一致吗？互补对称功率放大电路的不足复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1(,,)1(,1212122211211增加复合管（1）becibic12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic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：增加复合管（2）T1：电压推动级T1、R1、R2：UBE倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级+UCC-UCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6准互补对称输出功放电路增加复合管还可以扩大电流的驱动能力。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）。实际功放电路介绍（1）+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：实际功放电路介绍（2）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28V集成功率放大器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管脚说明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集成功放LM384外部电路典型接法熟悉交越失真的概念。掌握功放的特点。掌握乙类、甲乙类互补对称功放电路的组成原理。掌握乙类互补对称功放电路(OCL、OTL)的性能指标计算。本章基本要求电子技术第五章结束模拟电路部分