第八章功率放大器许ppt课件

1、5.1功率放大电路的普通问题5.2乙类双电源互补对胜利率放大电路5.3甲乙类互补对胜利率放大电路5.4集胜利率放大器5.5功率器件 例：例： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱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、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。 5.1 5.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取一一. 功放电路的特点功放电路的特点2 功放电路中电流、电压要求都比较大，必需功放电路中电流、电压要求都比较大，必需留意电路参数不能超越晶体管的极限

2、值留意电路参数不能超越晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce1输出功率输出功率Po尽能够大尽能够大(3) 电流、电压信号比较大，必需留意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必需留意防止波形失真。(4) 电源提供的能量尽能够转换给负载，减少电源提供的能量尽能够转换给负载，减少 晶体晶体管及线路上的损失。即留意提高电路的效率管及线路上的损失。即留意提高电路的效率。Pomax : 负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100maxEoPP5功放管散热和维护问题功放管散热和维护问题二二. 甲

3、类功率放大器分析甲类功率放大器分析三极管的静态功耗：三极管的静态功耗：假假设设CCCEQVU21的功耗相等则三极管和负载电阻LRCQCEQEIUPCQCCRLEIVPP21动态功耗动态功耗当输入信号当输入信号Ui时时放大电路向电阻性负载提供的输出功率放大电路向电阻性负载提供的输出功率omomomomo2122IVIVP 在输出特性曲线上，正在输出特性曲线上，正好是三角形好是三角形 ABQABQ的面积，这的面积，这一三角形称为功率三角形。一三角形称为功率三角形。 要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必需使面积大，即必需使Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大输出功

4、率最大输出功率CQCCIVP)21(210电源提供的功率电源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此电路的最高效率此电路的最高效率25. 00EmPP甲类功率放大器存在的缺陷：甲类功率放大器存在的缺陷： 输出功率小 静态功率大，效率低三三. 几种任务形状几种任务形状 根据在正弦信号整个周期根据在正弦信号整个周期内的导通情况，三极管可内的导通情况，三极管可分为几个任务形状：分为几个任务形状：乙类：导通角等于乙类：导通角等于180甲类：一个周期内均导通甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于甲乙类：导通角大于180丙类：导通角小于丙类：导通角

5、小于180动画演示动画演示一一. 构造构造互补对称：电路中采用两个晶体管：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。组成各一支；两管特性一致。组成 互补对称式射极输出器互补对称式射极输出器ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型型PNP型型5.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 二、任务原理设二、任务原理设ui为正弦波为正弦波ic1ic2 静态时：静态时：ui = 0V ic1、ic2均均=0乙乙类任务形状类任务形状 uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;

6、ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2留意：留意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内任务。两个晶体管都只在半个周期内任务。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管导通时间为半个周期每管导通时间为半个周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特点：特点：组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCESvo=-vce动画演示动画演示

7、1最大不失真输出功率最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP 实践输出功率实践输出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVP 图解分析图解分析演示图演示图三、分析计算三、分析计算单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP 2管耗管耗PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(12omomCCLVVVR T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR

8、 3电源供应的功率电源供应的功率PEToE=PPPLomCC2RVV 当当时，时， CComVV 2L2CCEmRVP4效率效率CComEo4=VVPP时，时， CComVV % 78.54 四三极管的最大管耗四三极管的最大管耗 )4VVV(R1) td(RtsinV) tsinVV(21=P2omomCCLLom0omCCT1oML2CCT1maxP2 . 0R2V2 . 0P问：问：Vom=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1对对Vom求导得出：求导得出：PT1max发生在发生在Vom=0.64VCC处处。将将Vom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：选管条件选管条件1

9、. PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVV2)(L2CCoMR2VP tuo交越失真交越失真ui t+VCC-VCCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL电路电路乙类互补对称功放的缺陷乙类互补对称功放的缺陷R1D1D2R2 静态时静态时: T1、T2两管发射结两管发射结电位分别为二极管电位分别为二极管D1、 D2的正导游通压降，致使两的正导游通压降，致使两管均处于微弱导通形状管均处于微弱导通形状甲乙类任务形状甲乙类任务形状动态时：设动态时：设 ui 参与正弦信号。正半参与正弦信号。正半周周 T2 截止，截止，T1 基极电位进一步基极电位进一步提高，进入良好的导通

10、形状；负提高，进入良好的导通形状；负半周半周T1截止，截止，T2 基极电位进一基极电位进一步提高，进入良好的导通形状。步提高，进入良好的导通形状。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2电路中添加电路中添加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.根本原理根本原理 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路一一. 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路uB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态特点：存在较小的静态电流电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，根于半个周期，根本不失真。本不失真。 iC

11、QuceUSC /REUSCIBQ2.2.带前置放大级的功率放大器带前置放大级的功率放大器 动画演示动画演示3. 电路中添加复合管电路中添加复合管添加复合管的目的：扩展电流的驱动才干。添加复合管的目的：扩展电流的驱动才干。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决议。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决议。cbeT1T2ibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型becibic4. 改良后的改良后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路： T1：电压推进级前：电压推进级前置级置级 T2、R1、R2：UBE扩扩展电路展电路 T3、T4、T5、T6：复合

12、管构：复合管构成互补对称功放成互补对称功放准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者特性型晶体管，两者特性容易对称。容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，b3、b5间便可得到间便可得到 UBE2 恣意倍恣意倍数的电压。数的电压。22122RRRUUBECE1、根本原理、根本原理. 单电源供电；单电源供电；. 输出加有大电容。输出加有大电容。1静态分析静态分析那么那么 T1、T2 特性对称，特性对称，,2CCAVU2CCCVU2CCiVu 令：令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC二

13、二. 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路2动态分析动态分析假设输出电容足够大，其上假设输出电容足够大，其上电压根本坚持不变，那么负电压根本坚持不变，那么负载上得到的交流信号正负半载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真电容相当于电源电容相当于电源RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；2CCiVu 时，时，2CCiVu T1截止、截止、 T2导通。导通。设输入端在设输入端在0.5VCC直流电平根底上参与正弦信号直流电平根底上参与正弦信号3输出功率及效率输出功率及效率假设忽略交越失真的影

14、响，且假设忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。那幅度足够大。那么：么：LCCLCCLRVIVU22maxmax，LCCLLLRVIUP8222maxmaxmaxLCCavCCERVIVP22)(sin2210ttdRVILCCav%5 .784maxELPP1 静态偏置静态偏置2动态任务情况动态任务情况 调整调整R1、R2阻值阻值的大小，可使的大小，可使CCK21VV 此时电容上电压此时电容上电压CCC21VV 此电路存在的问题：此电路存在的问题：输出电压正方向变化的幅度遭到限制，达不到输出电压正方向变化的幅度遭到限制，达不到VCC/2。2、实践电路、实践电路抑制交越失真抑制交越失真动画

15、演示动画演示3. 带自举电路的单电源功放带自举电路的单电源功放静态时静态时CCK21VV C3充电后，其充电后，其两端有一固定电两端有一固定电压压动态时动态时由于由于C3很大，两端电压根本不变，使很大，两端电压根本不变，使D点电位随输出电压点电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度到达升高而升高。保证输出幅度到达VCC/2。自举电路自举电路自举电路自举电路5.4 适用功率放大器举例适用功率放大器举例这里引见一个适用的这里引见一个适用的OCL准互补功放电路。其准互补功放电路。其中主要环节有中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级恒流源式差动放大输入级T1、T2、T3；(2) 偏置电路偏置电

16、路R1、D1、D2；(3) 恒流源负载恒流源负载T5；(4) OCL准互补功放输出级准互补功放输出级T7、T8、T9、 T10；(5) 负反响电路负反响电路Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反响；构成交流电压串联负反响； (6) 共射放大级共射放大级T4；(7) 校正环节校正环节C5、R4；(8) UBE倍增电路倍增电路T6、R2、R3；(9) 调整输出级任务点元件调整输出级任务点元件Re7、Rc8、Re9、Re10。将其集成起来，就成为集胜利放电路。将其集成起来，就成为集胜利放电路。 +24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3

17、T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反响级反响级偏置电路偏置电路共射放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源负载负载准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载适用的适用的OCL准互补功放电路：准互补功放电路：集胜利放集胜利放 LM384管脚阐明管脚阐明:14 - 电源端电源端 V cc3、4、5、7 - 接地端接地端 GND10、11、12 - 接地端接地端GND2、6 - 输入端输入端 普通普通2脚接地脚接地 8 - 输出端输出端 经经500 电容接负载电容接负载)12345 678910111213141 - 接旁路电容

18、接旁路电容5 9、13 - 空脚空脚NC集胜利放集胜利放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500-+ 0.1 2.7 8146215Vccui8调理音量调理音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容1功率放大器的特点：任务在大信号形状下，输出电压和输功率放大器的特点：任务在大信号形状下，输出电压和输出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽能够提高输出出电流都很大。要求是在允许的失真条件下，尽能够提高输出功率和效率。功率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，为了提高效率，在功率放大

19、器中，BJT常任务在乙类和甲常任务在乙类和甲乙类形状下，并用互补对称构造使其根本不失真。这种功率放乙类形状下，并用互补对称构造使其根本不失真。这种功率放大器实际上的最大输出效率可以到达大器实际上的最大输出效率可以到达78.5。3互补对称功率放大器的几种主要构造：互补对称功率放大器的几种主要构造： OCL双电源双电源乙类乙类 甲乙类。甲乙类。 OTL单电源单电源乙类乙类 甲乙类。甲乙类。4随着半导体工艺、技术的不断开展，输出功率几十瓦以上随着半导体工艺、技术的不断开展，输出功率几十瓦以上的集成放大器曾经得到了广泛的运用。功率的集成放大器曾经得到了广泛的运用。功率VMOS管的出现，管的出现，也给功

20、率放大器的开展带来了新的活力。也给功率放大器的开展带来了新的活力。本章小结本章小结5.1功率放大电路的普通问题一、功放电路特点一、功放电路特点1输出功率输出功率Po尽能够大尽能够大2效率要高Po大，电路的能量损耗大，电路的能量损耗也大也大3非线性失真非线性失真要小要小大信号任务形状，与Po、 是一对矛盾要求Vo和Io都足够大4功放管散热和维护问题功放管散热和维护问题二、功放电路分类二、功放电路分类根据静态偏置的不同，功放电路可分为:甲类、乙类和甲乙类三种功放电路分类比较表：功放电路分类比较表：类别 任务点 波 形 导通角 特点甲类甲乙类乙类较高较高较低较低最低最低360180180 360无失

21、真无失真效率低效率低失真大失真大效率最高效率最高失真大失真大效率较高效率较高一、电路OCL(OutputCapacitorless)双管：双管：NPN、PNP特性一样且互补特性一样且互补双共集电路双共集电路双电源供电双电源供电 5.2 乙类互补功放规范型也称OCL互补功放二、任务原理vi正半周时结论：结论： 两个三极管，轮番导电两个三极管，轮番导电正、负半周互补缺乏正、负半周互补缺乏忽略三极管的开启电压:T1导电导电iE1经过经过RLVi负半周时T2导电导电iE2经过经过RL合成合成完好、不失真波形互补推挽组合特性分析图解法负载上的最大不失真电压为Vom=VCC- VCESvo=-vceL2C

22、ESCCL2omomaxR2)VV(R2VPL2omL2cemLcemcemcmcemoooR2VR2VR2V2V2I2VVIP1输出功率输出功率Po三、参数计算三、参数计算)VVV(R2VPCESCComL2CCoM略最大不失真功率为：最大不失真功率为：理想最大输出功率为：理想最大输出功率为：以正半周为例2 2电源功率电源功率PV PV PEPELomCC0LomCC0omCCCCCCVRVV2) td(tsinRV22V) td(tsinI22VIV=P3 3三极管的管耗三极管的管耗PT PT )4VVV(R1) td(RtsinV) tsinVV(21=P2omomCCLLom0omCCT1T1TT2T12PPP=PoML2CCT1maxP2 . 0R2V2 . 0P问：问：Vom=？ PT1最大最大, PT1max=？用PT1对Vom求导得出：PT1max发生在Vom=0.64VCC处。将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得：4 4效率效率当Vom = VCC 时，max=/4 =78.5。CComLomCC2omVoVV4RVV22VPP四、选管条件四、选管条件1P