8功率放大电路PPT课件

1、例： 扩音系统实际负载实际负载功放功放：获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。：获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取位置：末级放大电路。作用：推动负载工作。8.1 功率放大电路的基本概念功率放大电路的基本概念电压放大电压放大：输出不失真的电压信号。主要讨论：输出不失真的电压信号。主要讨论Au ri ro，输出功率输出功率 不一定大不一定大第1页/共70页（1）输出功率Po尽可能大，注意电路参数: ICM 、UCEM 、 PCM 。 （2）功率转换）功率转换效率效率尽可能高。尽可能高。%100Eo PP率率直直流流电电源源提提供供的的平平

2、均均功功放放大大电电路路的的输输出出功功率率(3) 必须注意防止波形失真。必须注意防止波形失真。第2页/共70页cecmaxoUIP +VCCRLC1+RBuce = uocemcm21UI CCCCCCDCVIViP % 25/DCmaxomax PP SuCE iCO tiCO QIcmUcem设“Q”设置在交流负载线中点VCCIC S48.2 共发射级放大电路共发射级放大电路效率问题效率问题一、功率及效率的计算第3页/共70页 UccREuiT1+UCCuo+ +- -+ +- -RBcccEcccomomomIUPIUIUP 41%25%100 EomPP 要提高效率就要减小直流静态消

3、耗，即降低工作点。Q第4页/共70页iCiC iC iC iC uCE uCE uCEttt甲类甲类乙类乙类甲乙类甲乙类iC QQQ二、晶体管的工作状态甲类工作状态工作点适中，不失真。效率低。乙类工作状态不设工作点，效率高，严重失真。甲乙类工作状态工作点低，失真，效率高。 要提高效率就要减小直流静态功耗，让功率放大电路工作在乙类状态。如何解决失真？第5页/共70页三、工作在乙类状态射极输出器iu0t 0u0t REuiT1+UCCuo+ +- -+ +- -REuiT1-UCCuo+ +- -+ +- -第6页/共70页OTL: Output TransformerLessOCL: Outpu

4、t CapacitorLess互补对称功放的类型： 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）8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路第7页/共70页RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC+VCC-VCCuiiLRLT1T2A无输出变压器形式 OTL电路:Output TransformerLess无输出电容形式 OCL电路Output CapacitorLess增加对称的负电源增加对称的负电源-VCC，使静态时的，使静态时的A点电位为点电位为0第8页/共70页uiuo+UCCT1T2+UCCRLic1ic2ui 0VT

5、1导通，T2截止uo一、电路组成T1T2轮流导电推挽式电路T1 T2性能对称，互补不足互补对称电路乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路(OCL)第9页/共70页输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR第10页/共70页二、组合特性分析图解法负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第11页/共70页最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1）输出功率PoL2omLomomooo222=RUR

6、UUIUP 三、效率计算uuVCCVCCoiLR第12页/共70页一个管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP 2）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR第13页/共70页3）电源供给的功率）电源供给的功率PEVoT=PPPLomCC2RUV 当当时， CComVU 2L2CCEmRVP omoavomLsindUIIttR 012CCEoavCCLVPIVR 222方法方法2方法方法1：第14页/共70页4）效率）效率

7、CComEo4=VUPP 时，时， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max第15页/共70页1 1）三极管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC omL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP 问：Uom=？ PT1最大, PT1max=？用PT1对Uom求导，四、功率BJT的选择omCCTomLLVdPU=-= 0dUR2R PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：第16页/共70页2）选功率管的原则：1. PCM PT1max =0.2PoM2CC

8、CEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLR3. ICM VCC / RL第17页/共70页例 1 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE( (sat) ) 求 Pom 以及此时的 PV、PC1， 并选管。)W(36822422LCC2om RVP 解 PV= 2V2CC / RL= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W)RLV1V2+VCC+ui +uo VEET1Eo1()2PPP= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W)第18页/共70页)W( 2 . 7362 . 0m1C PU(BR)CEO 48 VICM 24

9、 / 8 = 3 (A)可选：U(BR)CEO = 60 100 VICM = 5 APCM = 10 15 W第19页/共70页第20页/共70页第21页/共70页第22页/共70页一、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，2CCAVV =,CCC=2VUCCi=2Vu令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路(OTL)第23页/共70页三、动态分析若输出电容足够大，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，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相当于电源）

10、RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；CCiVu 2时，CCiVu 2T1截止、 T2导通。设输入端在设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号直流电平基础上加入正弦信号第24页/共70页四、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：LCCoCCoRVIVU22maxmax，2omaxomaxCCOmaxLUIVP=8 R222CCCCavLVP =V=2RVIav01sind()22CCLVIttR78 54omaxEP. %PuoUomaxui2CCVtt应用 OCL 电路有关公式时，要用 VCC / 2 取代 VCC 。第25页/共70页

11、tuo交越失真交越失真ui t一、交越失真-乙类互补对称功放的缺点uuVCCoiLRVCC8.4 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第26页/共70页输入信号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。 晶体管特性存在非线性 ui IB，则221RRRUUBE第30页/共70页3. 电路中增加复合管(达林顿管)目的：实现管子参数的配对,扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型第31页/共70页V1V2NPN + NPNNPNV1

12、V2PNP + PNPPNPV1V2NPN + PNPNPNV1V2PNP + NPNPNP第32页/共70页ib1(1 + 1) ib1(1 + 1) (1 + 2) ib1= (1 + 1 + 2+ 1 2) ib1 1 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 2(1+ 1) ib1 1 ib1ibicie( 1 + 2 + 1 2) ib1V1V2第33页/共70页构成复合管的规则：2) )在组成复合管时，管子的各极电流必须通畅。根据等效管电流的流向确定复合管的三个电极（B、E、C） B1 为 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 为 C 或 E；1) ) 复合管等效

13、类型与第一只管子相同。第34页/共70页V1V2 练习：接有泻放电阻的复合管：V1V2ICEO1 2 ICEO1R泻放电阻减小第35页/共70页改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T2、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级准互补 输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6第36页/共70页D1D2ui+VCCRLT1T2T3CRARe1Re2实用OTL互补输出功放电路调节调节R,使静态使静态VA=0.5VCCD1 、 D2使使b1和和b2之间的电之间的电位差等于位差等

14、于2个二极管正向压个二极管正向压降，克服交越失真降，克服交越失真Re1 、 Re2：电阻值：电阻值12 ，射极，射极负反馈电阻，也起限流保护作用负反馈电阻，也起限流保护作用b1b2第37页/共70页V1、V3 NPNV2、V4 PNPR3 、R5 穿透电流泄放电阻准互补对称电路准互补对称电路复合管互补对称电路举例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo +ui +V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1 、RE2 稳定 “Q”、过流保护取值 0.1 0.5 V5 V7、RP 克服交越失真R4 使 V3、V4 输入电阻平衡V8 构成前置电压放大RB1

15、引入负反馈，提高稳定性。UE UB8 IB8 IC8 UB3 UE 第38页/共70页差分对管，构成前置放大级镜像恒流源，差分放大电路的有源负载NPNPNP因 PNP 管 小，采用三只管子复合而成克服交越失真图5.1第39页/共70页集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第1级：差动放大器第2级：差动放大器第3级：单管放大器第4级：互补对称射极跟随器第40页/共70页实际功放电路实际功放电路这里介绍一个实用的这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其准互补功放电路。其中主要环节

16、有中主要环节有 ： (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）。第41页/共70页+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T1

17、0Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈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实用的OCL准互补功放电路：RC低通第42页/共70页OCL 电路和 OTL 电路的比较OCLOTL 电源电源双电源双电源单电源单电源信号信号交、直流交、直流交流交流频率响应频率响应好好fL 取决于输出耦合电容取决于输出耦合电容 C电路结构电路结构较简单较简单较复杂较复杂PomaxLCC2Lom22121RVRU LCC2L2om8121RVRU 第43页/共70页 LCCLOmOmOmomRURUUIP22

18、2222 LcccmcmcococcRUIttdIIIII 2sin21011 LcccccoERUUIP 22 %5 .784 EomPP甲乙类LCCOmRUP82 第44页/共70页特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适工作可靠、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。当连线，即可向负载提供一定的功率。一、集成功放LM384：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：OTL输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：最大为最大为28V 8.5 集成功率放大电路集成功率放大电路第45页/共70页集成功放 LM384管脚说明:)123

19、45 6789101112131414 - 电源端（电源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6 - 输入端输入端 （一般（一般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）1 - 接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13 - 空脚（空脚（NC）第46页/共70页集成功放 LM384 外部电路典型接法：500 -+ 0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节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

20、大电容输出耦合大电容第47页/共70页组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路特点：输出功率大、效率高有过流、过压、过热保护二、LM386 集成功放及其应用第48页/共70页1. 典型应用参数：直流电源： 4 12 V额定功率： 660 mW带 宽： 300 kHz输入阻抗： 50 k 12348765引脚图第49页/共70页2. 内部电路1. 8 开路时， Au = 20( (负反馈最强) )1. 8 交流短路 Au = 200( (负反馈最弱) )电压串联负反馈第50页/共70页V1、V6 ：V3、V5：V2、V4：射级跟随器，高 Ri双端输入单端输出差分电路恒流源负载V7 V12：功率放大

21、电路V7 为驱动级( (I0 为恒流源负载) )V11、V12 用于消除交越失真V8、V10 构成 PNP 准互补对称第51页/共70页3. 典型应用电路第52页/共70页 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F220 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6输出电容( (OTL) )频率补偿，抵消电 感高频的不良影响防止自激等调节电压放大倍数第53页/共70页1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率

22、。在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。3互补对称功率放大器的几种主要结构：互补对称功率放大器的几种主要结构： 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、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。本章小结本章小结第54页/共70页3300F30采用互补对称输出的集成功率放大器TDA2030的应用电路如图, 假定vi为正弦电压。此电路是OTL还是OCL电路？说明判断依据；求理想情况下的Pomax；若vi有效值为0.1V，Po=？