电子应用技术：第九章功率放大电路

1、8-1,模拟电子技术基础,第九章 功率放大电路,8-2,第九章 功率放大电路,9.1 功率放大电路概述 9.2 互补功率放大电路 9.3 功率放大电路的安全运行 9.4 集成功率放大器,8-3,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,9.1 功率放大电路概述,8-4,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,Rt,T,UO,T,Ub,UO1,8-5,9.1.1 功率放大电路的特点,一、主要技术指标,1.最大输出功率Pom,最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下

2、负载上可能获得的最大交流功率,2.转换效率,功率放大电路的最大输出功率Pom与电源所提供的直流功率PV之比称为转换效率,8-6,三、功率放大电路的分析方法图解法,二、功率放大电路中的晶体管,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 、U(BR)CEO 、 PCM,8-7,9.1.2 功率放大电路的组成,一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路,图9.1.1 小功率共射放大电路的 输出功率和效率的分析,8-8,静态时，直流电源提供的功率为,ABCO的面积,集电极Rc上的功率为,QBCD的面积,晶体管集电极的耗散功率为,AQDO的面积,在有信号输入时，直

3、流电源提供的功率为,ABCO的面积,负载上可能获得的最大交流功率为,8-9,为QDE的面积,RL越小，交流负载线效率越陡，输出功率越小，效率越低,8-10,图9.1.2 单管变压器耦合功率放大电路,二、变压器耦合功率放大电路,1.甲类功率放大电路,8-11,静态时，直流电源提供的功率为,全部为晶体管集电极的耗散功率,8-12,2.乙类推挽功率放大电路,图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路,8-13,图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路,8-14,3. 功率放大电路的分类,甲类,乙类,甲乙类,丙类,8-15,三、无输出变压器的功率放大电路,图9.1.4 OTL电路,8-16,1.

4、特点,1. 单电源供电,2. 输出加有大电容,2.静态分析,则 T1、T2 特性对称,令,8-17,3.动态分析,设输入端在 0.5VCC 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0.5USC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真,时，T1导通、T2截止,8-18,四、无输出电容的功率放大电路,图9.1.5 OCL电路,电路的结构特点,1. 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,8-19,五、桥式推挽功率放大电路,图9.1.6 BTL电路,8-20,9.2 互补功率放大电路,OTL: Ou

5、tput TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,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,8-21,9.2.1 OCL电路的组成及工作原理,一、电路组成,设ui为正弦波,8-22,动态分析,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1,iL=ic2,T1、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,因此，不需要隔直电容,静态分析,ui = 0V T1、T2均不 导通 uo=0V,8-23,乙类放大的输入输出波形关系,死区电压,交越失真：输入信号 ui在过零前后，输出信号

6、出现的失真便为交越失真,8-24,1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零,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,8-25,二、电路的改进,1. 用二极管克服交越失真,交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui uon时晶体管截止,8-26,电路中增加 R1、D1、D2、R2支路,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或零偏置状态,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

7、截止，T2 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态,8-27,甲乙类放大的波形关系,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,8-28,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,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I IB，则,8-29,3. 电路中增加复合管,增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力,复合管的构成方式,方式一,8-30,1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定

8、,方式二,8-31,改进后的OCL准互补输出功放电路,T5、R3、R4： UBE倍增电路,T1、T2、T3、T4： 复合管构成的输出级,准互补,输出级中的T2、T4均为NPN型晶体管，两者特性容易对称,图3.3.18 采用复合管的准互补级输出,8-32,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,则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为,9.2.2 OCL电路的输出功率及效率,8-33,负载上得到的最大不失真输出电压、电流有效值及最大输出功率分别为,8-34,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,V

9、CC1 =VCC2 =VCC,8-35,效率为,在理想情况下，若忽略晶体管的饱和压降UCES,效率为,8-36,9.2.3 OCL电路中晶体管的选择,在功率放大器中，应根据晶体管所承受的最大管压降、集电极最大电流和最大功耗来选择晶体管,一、最大管压降,在输入信号的正半周，当ui从0逐渐增大时， T1 和T2 的发射结电位uE从0逐渐增大到VCC-UCES1,T2管压降为,8-37,同理，在输入信号的负半周，T1管压降为,在功率放大器中，根据晶体管所承受的最大管压降选择晶体管时，应考虑留有一定的余量,二、集电极最大电流,在功率放大器中，根据晶体管的集电极最大电流选择晶体管时，同样应考虑留有一定的

10、余量,8-38,三、集电极最大功耗,管压降和集电极电流瞬时值的表达式分别为,每只晶体管集电极功耗的表达式为,8-39,令,当忽略晶体管的饱和压降UCES时,在功率放大器中，根据晶体管的集电极最大功耗选择晶体管时,8-40,结论,8-41,9.3 功率放大电路的安全运行,9.3.1 功放管的二次击穿,图9.3.1 晶体管的击穿现象,8-42,9.3.2 功放管的散热问题,一、热阻的概念,比例系数称为热阻,8-43,图9.3.2 晶体管的散热,二、热阻的估算,8-44,三、功放管的散热器,图9.3.3 两种散热器,8-45,9.4 集成功率放大电路,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,8-46,集成功放 LM384管脚说明,14 - 电源端（ Vcc,3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、