第4章 功率放大电路

第4章功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点4.2互补对称式功率放大电路4.3采用复合管的互补对称式放大电路4.4集成功率放大器例1：扩音系统一、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4.1功率放大电路的主要特点例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RtTUOT温度调节过程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt功放b温控室A+-uo1加热元件功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，须：输出信号电压大；输出信号电流大；放大电路的输出电阻与负载匹配。电压放大器一般工作在甲类，三极管360°导电，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过25%。二、对放大电路的主要要求：1.根据负载要求，提供所需要的输出功率。cmcemcmcemom2122IUIUP最大输出功率2.具有较高的效率VOPP输出功率直流电源提供功率3.尽量减小非线性失真。注意：2功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEMIcuce1分析方法：图解法3功放的电路形式：互补对称式电路特点:利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。例：OCL电路中，若RL=80、需要输出功率PO=50W。根据公式LSCoRUP22max得电源电压：V9025080SCU90V的电压对电子电路显然不合适。利用变压器阻抗变换关系(RL´=K2RL)，把阻抗变小，便可解决以上问题。三、变压器耦合式功放电路:（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N变压器原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。变压器耦合式推挽功率放大器1.原理电路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1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。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。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12.动、静态分析静态分析：ui=0，T1、T2均截止，iL=0。变压器线圈对于直流相当于短路。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1动态分析：•ui0时：T1导通、T2截止，ic1经变压器耦合给负载，iL的方向由ic1决定。•若ui为正弦信号，则iL近似为正弦波。•ui0时：T2导通、T1截止，ic2经变压器耦合给负载，iL的方向由ic2决定。ic2ic1T1、T2都只在半个周期内工作，存在交越失真。3.输出功率及效率分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载RL'。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1LLRNNR2)2/1(甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器Rb1、Rb2、Re的作用：克服交越失真。USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1两个三极管都构成静态工作点稳定的共射极放大器。其静态工作点都设在刚刚超过截止区，IB很小，IC也很小，从而降低了直流功耗。直流通道变压器线圈对于直流相当于短路：USCT1T2ReRb2Rb1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）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：4.2互补对称式功率放大电路三极管根据导通时间可分为如下四个状态：甲类-------三极管360°导电；甲乙类----三极管180°～360°导电乙类-------三极管180°导电丙类-------三极管180°导电一、OTL互补对称电路1、OTL乙类互补对称电路2CCV在输入信号的正半周，VT1导通，iC1流过负载；负半周，VT2导通，iC2流过负载。在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上iL和uO基本上是正弦波。存在的问题：交越失真交越失真4.2互补对称式功率放大电路动态分析：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;iL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0V缺点：存在交越失真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（1）静态电流ICQ、IBQ等于零，静态功耗为0；乙类放大的特点：（2）每管导通时间等于半个周期（3）存在交越失真（4）只需一路直流电源乙类放大的输入输出波形关系:交越失真死区电压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。OTL乙类互补电路图解分析Icm1=Icm2＝Icm，Ucem1=Ucem2=Ucem，CESCCcem2UVUL2cmCC0cmCCV2)(dsin12CCRVIVttIVP%5.78VomPPL2CCL2CESCCL2cemcmcemom81)2(212121RVRUVRUIUP2、OTL甲乙类互补对称电路R、VD1、VD2为两管提供一小的静态偏置电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交越失真。tuIOtiC1OtiC2OtuOO静态时:T1、T2两管发射结电位分别约为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；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。二、OCL互补对称电路Ucem=VCC-UCESL2CCL2CESCCLcem2om22)(21RVRUVRUPL2cmCC0cmCCVCC22)(dsin1RVIVttIVP%5.784VomPP增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。一、复合管的接法及参数计算：cbeT1T2ibicbecibic方式一：同型4.3采用复合管的互补对称式放大电路212121BCii21)1(1bebeBBEberriurbecibic方式二：不同型cbeT1T2ibic21)21(1BCii1beBBEberiur12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合管不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：复合管不论哪种接法，均应满足：两个三极管的发射结正偏，集电结反偏工作在放大区；总之：四种类型的复合管二、复合管组成的互补对称式放大电路缺点大功率三极管VT3和VT4，类型不同，很难特性互补准互补对称式放大电路§4.4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28V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