第6章-集成运算放大电路功率放大电路

集成运算放大器简介集成运放的总体结构uuu电压放大级输出级偏置电路uo+差动输入级uu-差分放大电路实现，克服零点漂移现象多级电压放大电路实现，目的提高电路的放大能力功率放大电路实现，进行功率放大，带动负载简单的集成运算放大电路的内部结构+++++T1Rc1sIRc2c3R2T4T5T3TVCC+EEV-u-u+ou反相输入端同相输入端输入级中间级输出级集成运放是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。它由四部分组成，即输入级、中间级、输出级和偏置电路。6.4.1对功率放大电路的基本要求功率放大电路的作用：是放大电路的输出级，去推动负载工作。例如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转、电动机旋转等。(1)在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。(2)由于功率较大，就要求提高效率。电源供给的直流功率率负载得到的交流信号功η1．功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率要求：1、功率放大电路不仅要有较高的输出电压，还要有较大的输出电流。因此功率放大电路中的晶体管通常工作在大电压大电流状态，晶体管的功耗也比较大。对晶体管的各项指标必须认真选择，且尽可能使其得到充分利用。因为功率放大电路中的晶体管处在大信号极限运用状态。2、必须尽可能提高功率放大电路的效率。功率放大电路从电源取用的功率较大，为了提高电源的利用率。2．功率放大电路的类型CE(a)甲类0uiC特点：甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到50％。(b)乙类0uCiCE特点：乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。波形严重失真。(c)甲乙类uiC0CE特点：甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。静态IC0，一般功放常采用。互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。作为模拟集成电路的输出级，一般总希望带负载能力强一些，也就是要求电路的输出电阻要小一些。解决的办法是采用射极输出器。（共集放大电路）互补输出电路在理想状态下，两者在负载上应合成完整波形。电路中，T1和T2互为补充，故称为互补输出电路。图解分析OCL电路.avi若T1和T2都是硅管，则当|ui|＜0.5V时，两管都几乎不导通，有一个“死区”。输入正弦波时，输出波形出现如图所示的失真，这种失真称为交越失真。交越失真以及克服.avi解决的办法是提高Q点，使管子处于临界导通状态。如图是用二极管实现偏置的实例。这里，利用二极管正向导通时的恒压降特性（约0.6～0.7V），不但给T1、T2适当的偏置电压，又使信号ui几乎无损失地传递到T2基极，从而克服了交越失真。用二极管实现偏置的互补输出电路动态时，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。互补输出电路实际上是无输出电容的功率放大电路，又称OCL电路（OCL：OutputCapacitorless），它是目前使用最广泛的功率放大电路之一。互补功率放大电路的输出功率及效率1．功率放大电路的主要技术指标衡量功率放大电路性能的主要技术指标为最大输出功率和转换效率。（1）最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。在输入为正弦波且输出基本不失真的条件下，输出功率是交流功率，表达式为Po＝IoUo式中：Io和Uo均为交流有效值。最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。（2）转换效率η功率放大电路的交流输出功率与电源所提供的平均功率之比称为转换效率。电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值与其电压乘积。通常功放输出的功率大，电源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的输出功率下，减小直流电源的功耗，就可以提高电路的效率。2．分析计算功率放大电路的主要任务是向负载提供较大的不失真的信号功率，这就要求输出信号的电压和电流的幅值均较大，故管子工作在极限应用状态。所以在分析功放电路时，不能采用小信号的微变等效电路法，而应采用图解法。OCL电路的图解分析根据以上分析，不难求出OCL电路的输出功率、直流电源提供的平均功率和效率。（1）输出功率LomLomomcmomoooRURUUIUUIP222222其中（2）直流电源供给的平均功率电源VCC提供的平均功率为20CCCV)t(diV21P其中iC是通过电源的电流。在图的电路中，通过电源+VCC的电流为iC1。CESCComUVU从图中看出2t0it0tsinIiC1om1C所以，电源+VCC提供的平均功率为LomCComCC0omCCVRUVIV)t(tdsinIV21P电源（－VCC）所提供的平均功率PV－应与PV+相等。因此，两个电源提供的总平均功率为LomCComCCVRUV2IV2PCESCComUVU（3）转换效率%100VomPP将以上两个表达式代入上式，得CComomCComomVU4/IV22/IU如果输入信号幅值足够大，则Uom可达到最大值VCC－UCES，而信号基本上不失真，则（1）输出功率为最大不失真输出功率为L2CESCCL2omomR2)UV(R2UPCESCComUVU（2）直流电源提供的最大平均功率为LCESCCCCVR)UV(V2P（3）转换效率为CCCESCCVoVUV4PP在理想情况下，若忽略功率管的饱和压降UCES，则最大输出电压幅值Uom=VCC，则（1）最大不失真输出功率为L2CCL2omomR2VR2UP（2）直流电源供给的功率为L2CCVRV2P（3）转换效率为%5.784应当指出，大功率管的饱和压降约为2~3V，所以一般情况下不能忽略饱和压降。晶体管的选择因为功率放大电路的输出电压和输出电流幅值均很大，在选择功放管时要特别注意集电极最大允许电流、最大管压降和最大耗散功率等极限参数的选择，以确保管子安全工作。功率三极管的选择在互补功率放大电路中，晶体管的选择必须满足下列条件：（1）对于每只晶体管，必须满足PCM＞0.2(Pom)。（2）两只功放管中处于截止状态的管子将承受较大的管压降，其值为（2VCC－UCES），在实际使用时，应考虑留有一定的余量，所以可以选择U(BR)CEO＞2VCC。（3）通过晶体管的最大集电极电流为LCCRV，所以选择LCCCMRVI功放电路如图所示，设VCC=12V，RL=8Ω，晶体管的极限参数为ICM=2A，U(BR)CEO=30V，|UCES|=2V，PCM=5W。试求：（1）最大输出功率Pom值，并检验所给晶体管是否能安全工作？（2）放大电路在η=0.6时的输出功率PO的值。解：（1）由公式得W25.682212R2)UV(R2UP2L2CESCCL2omomA25.18212RUVILCESCCcmV24V2UCCCEmW25.125.62.0P2.0Pomm1T所求的Icm、UCEm和PT1m均分别小于极限参数ICM、|V(BR)CEO|和PCM，故晶体管能安全工作。（2）由公式得V2.9V1246.0V4UCComW3.5822.9R2UP2L2omoOTL电路(1)特点T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2)静态时(ui=0)2CCCUu2CCAUV,IC10，IC20OTL原理电路电容两端的电压RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)动态时设输入端在UCC/2直流基础上加入正弦信号。T1导通、T2截止；同时给电容充电T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源若输出电容足够大，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。ic1ic2交流通路uo输入交流信号ui的正半周输入交流信号ui的负半周(4)交越失真当输入信号ui为正弦波时，输出信号在过零前后出现的失真称为交越失真。交越失真产生的原因由于晶体管特性存在非线性，ui死区电压晶体管导通不好。交越失真采用各种电路以产生有不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。克服交越失真的措施uitOuotOR1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2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。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。(5)克服交越失真的电路实际的功率放大电路2．LM386的外形和引脚图LM386的外形和引脚图3．LM386的一种接线图LM386的接线图集成功率放大器使喇叭相当于纯电阻负载去耦，防止低频自激消振，防止高频自激集成功放LM386接线图特点: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。。++∞.32ui。。+_++4758++UCCLM386+uo+_