第八章功率放大电路(2-8)

1、第九章第九章 功率放大电路功率放大电路 了解放大电路消耗功率、将直流电源能量转了解放大电路消耗功率、将直流电源能量转换为信号输出换为信号输出(交流交流)功率的作用；功率的作用； 了解放大电路提高能量转换效率的途径，及各了解放大电路提高能量转换效率的途径，及各类功率放大电路的效率特点；类功率放大电路的效率特点； 重点掌握互补对称推挽乙类功放电路的组成、重点掌握互补对称推挽乙类功放电路的组成、工作原理和分析计算，以及功放管的参数选择。工作原理和分析计算，以及功放管的参数选择。 1/219.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.1 功放电路的特点和要求功放电路的特点和要求1、大信号

2、状态工作、大信号状态工作 要输出足够大的功率，要求功率管上的电压和电流都要足要输出足够大的功率，要求功率管上的电压和电流都要足够大；用正弦波信号表示为够大；用正弦波信号表示为2、非线性失真问题、非线性失真问题 大信号工作致非线性失真，线性放大要求非线性失真小；大信号工作致非线性失真，线性放大要求非线性失真小；3、转换效率问题、转换效率问题 大信号放大，功放管及电路功耗大，要求转换效率高；大信号放大，功放管及电路功耗大，要求转换效率高；4、功放管安全问题、功放管安全问题 功放管接近极限参数工作，必须保证正常工作不损坏。功放管接近极限参数工作，必须保证正常工作不损坏。2/21omomooo21UI

3、UIP9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.1 功放电路的特点和要求功放电路的特点和要求3/21大信号状态大信号状态非线性失真非线性失真转换效率转换效率安全工作安全工作图解分析法图解分析法极限参数的选择极限参数的选择电路工作状态电路工作状态低低低低高高高高9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.2 功放电路的工作状态功放电路的工作状态 根据静态工作点根据静态工作点Q的设置不同，引起功放管的导通状态不的设置不同，引起功放管的导通状态不同，将功放电路的工作状态分类：同，将功放电路的工作状态分类：1、A(甲甲)类工作状态：类工作状态： 360 导通角导通角2

4、、B(乙乙)类工作状态：类工作状态： 180 导通角导通角3、C(丙丙)类工作状态：类工作状态： 小于小于180 导通角导通角AB类工作状态：类工作状态： 略大于略大于180 导通角导通角4/21iCuBEiCtOQQQ9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.3 A类功放电路的转换效率类功放电路的转换效率 大信号状态下，大信号状态下，|uCE|uBE|，且，且iCiB，功放管的功耗几乎都在集电结上。功放管的功耗几乎都在集电结上。 设设iB=IBQ+Ibmsint，则则iC=ICQ+Icmsint1、电源提供功率、电源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率(管耗管耗)5/

5、21iCRCUCCiB+-uCE +uBE -CQCC20cmCQCCC20CCE)dsin(21d21IUttIIUtiUP20cmCQcmCEQ2cmcmCQCEQd )sin()sin(21ttUIIUtIUIU20cmCQcmCEQC20CECd)sin)(sin(21d21ttIItUUtiuPcmcmCQCEQ21IUIU9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题1、电源提供功率、电源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率3、集电极负载电阻、集电极负载电阻RC上消耗功率上消耗功率 小结：小结：(1) PEPC+PL，且，且A类功放电源提供功率与信号无关类功放电源提供功

6、率与信号无关 ；(2) 负载获得的信号功率是功放管功耗转移过来的；负载获得的信号功率是功放管功耗转移过来的；(3) 信号功率最大时，功放管功耗最小。信号功率最大时，功放管功耗最小。6/21RCUCCiBiC+-uCE +uBE -20CCE20CCCC20CECCLd21d21d)(21tiutiUtiuUPCQCCEIUP cmcmCQCEQC21IUIUPcmcmCQCEQCCCE21)(IUIUUPP9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题1、电源提供功率、电源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率3、负载消耗功率、负载消耗功率 最大信号功率时：最大信号功率时：(忽略饱和

7、压降忽略饱和压降) Ucm=UCEQ=UCC/2，Icm=ICQ故故效率：效率： 7/21RCUCCiBiC+-uCE +uBE -CQCCEIUP cmcmCQCEQC21IUIUPcmcmCQCEQCCL21)(IUIUUPUCCUCEQICQCQCCCQCCCm4121IUIUPCQCCCQCCLm4121IUIUP%252/CQCCcmcmEoIUIUPPICMUCEO(BR)PCMuCEOiCQ9.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题9.1.4 功放电路提高转换效率的途径功放电路提高转换效率的途径1、消除负载上的直流功耗；、消除负载上的直流功耗；例如，变压器耦合输出功放，

8、静态时例如，变压器耦合输出功放，静态时UCEQ=UCC，所以，所以2、减小功放管上的静态功耗。、减小功放管上的静态功耗。 静态时静态时ICQ=0，B(乙乙)类工作状态，类工作状态，或导通角或导通角180 。8/21RLUCCiBiC+-uCE +uBE -CQCCCQCCCm21IUIUPCQCComLm21IUPP%502/CQCCcmcmEoIUIUPPuCE2UCCOUCEQICQICMPCMUCC直流负载线直流负载线UCEO(BR)Q9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路9.2.1 乙类推挽功率放大电路乙类推挽功率放大电路一、变压器耦合输出一、变压器耦合

9、输出 T1、T2为同型三极管，为同型三极管，分别由中心抽头变压器的分别由中心抽头变压器的两个绕组电压极性控制导通。两个绕组电压极性控制导通。二、互补对称射极输出二、互补对称射极输出 T1、T2为异型互补三极管，为异型互补三极管，由同一电压直接激励。由同一电压直接激励。9/21uCE12UCCOiC1UCCOiC2T1T2uCE22UCCRLUCCuiT1T2uoiC1iC2ui1ui2T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuo特点：乙类工作状态，特点：乙类工作状态， 静态功耗为零；静态功耗为零； 半周轮流导通。半周轮流导通。Q9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放

10、大电路 10/21uCE12UCCOiC1UCCOiC2T1T2uCE22UCCOiC1iC1iC2iC2uBE1uBE2OttttOOuiuo9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路9.2.2 B(乙乙)类互补对称射极输出功率放大电路类互补对称射极输出功率放大电路(OCL)一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理电路组成：电路组成：互补：互补：T1、T2异型管特性一致；异型管特性一致；对称：对称：R1=R2，D1、D2特性一致，特性一致， UCEQ1=UCEQ2，ICQ1=ICQ2， ui=0时，时，uo=0。工作原理：工作原理： 正弦波输入时，正弦波输入时

11、，T1、T2管轮流管轮流半周导通射极输出，在负载半周导通射极输出，在负载RL上上合成完整正弦波；合成完整正弦波；D1、D2提供预提供预导通偏压减小交叉失真，导通偏压减小交叉失真，R1、R2为偏置电阻，为偏置电阻，RL负载电阻。负载电阻。11/21T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D29.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路二、电路功率分析计算二、电路功率分析计算1、输出功率、输出功率最大输出功率：最大输出功率：Uom=UCC-UCE(sat) UCC2、电源提供功率、电源提供功率单个电源：单个电源：两个电源：两个电源：最大提供功率：最大提供

12、功率：12/21T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D2L2ooooRUIUPL2om2RUL2CCom2RUP0C1CCE1d21tiUP0cmCC0cmCCcos2dsin21tIUttIUcmCCIULomCCcmCCE1E222RUUIUPPL2CCEmax2RUP最小功率：最小功率：Uom=0时时0EminP9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路3、效率、效率4、管耗、管耗 令令得出得出时，最大管耗：时，最大管耗：13/21EoPP0CoCCC0CECd)(21d21tiuUtiuPL2omLomCCoE41)(21RURUUPP

13、静态时，静态时，Uom=0，管耗为零；管耗为零；0211ddLomLCComCRURUUPCCCCom64. 02UUUomom2L2CC22L2CCLCCCCCm2 . 0214412PPRURURUUP(单管单管)LomCCL2om/22/RUURU%5 .784CComUU9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路三、选择功率管三、选择功率管例如，已知例如，已知Pom和和RL，则，则1、确定、确定UCC； 由由 可得可得2、选择每个功放管允许的最大管耗；、选择每个功放管允许的最大管耗；3、功放管的最大耐压、功放管的最大耐压(击穿电压击穿电压)；4、功放管允许的

14、最大集电极电流；、功放管允许的最大集电极电流；14/21L2CCom2RUPLomCC2RPUomCmCM2 . 0PPPCC(BR)CEO2UULCCCmCMRUIIT1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D29.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路例例 9.2.1 图示功率放大电路中，已知图示功率放大电路中，已知UCC=15V，RL=8，功率管的饱和，功率管的饱和压降压降UCE(Sat)=1V，试问：，试问：1、静态时，调整那个电阻可使、静态时，调整那个电阻可使uo=0？2、当、当ui0时，发现输出波形产生交越失真，时，发现输出波形产生交越失

15、真，应调节哪个电阻，如何调节？应调节哪个电阻，如何调节？3、二极管、二极管D的作用是什么？若二极管反接，的作用是什么？若二极管反接，对对T1、T2会产生什么影响？会产生什么影响？4、当输入信号、当输入信号ui为正弦波且有效值为为正弦波且有效值为10V时，时，求电路输出功率求电路输出功率Pom、电源提供功率、电源提供功率PE、单管、单管的管耗的管耗PC和效率和效率；5、若、若T1、T2功率管的极限参数为功率管的极限参数为PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V，则验证功率管的工作，则验证功率管的工作是否安全。是否安全。15/21T1T2RLuiUCC-UCCuoR3R1DR29.2

16、 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路解：解：1、静态时，调整那个电阻可使、静态时，调整那个电阻可使uo=0？2、当、当ui0时，发现输出波形产生交越失真，时，发现输出波形产生交越失真，应调节哪个电阻，如何调节？应调节哪个电阻，如何调节？3、二极管、二极管D的作用是什么？若二极管反接，的作用是什么？若二极管反接，对对T1、T2会产生什么影响？会产生什么影响？4、当输入信号、当输入信号ui为正弦波且有效值为为正弦波且有效值为10V时，求电路输时，求电路输出功率出功率Pom、电源提供功率、电源提供功率PE、单管的管耗、单管的管耗PC和效率和效率；5、若、若T1、T2功率管

17、的极限参数为功率管的极限参数为PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V，则验证功，则验证功率管的工作是否安全。率管的工作是否安全。16/21T1T2RLuiUCC-UCCuoR3R1DR215V-15V8调调R1调大调大R2减小交越失真；烧毁减小交越失真；烧毁T1、T2210omUW9 .1682101522LomCCERUUPW2 . 2)(21oECPPP%74EomPPCML2CCCm10WW8 . 222 . 0PRUPCMLCCLCE(sat)CCCm5AA875. 1IRURUUI(BR)CEOCCV04V302UUW5 .12822002L2omomRUP9.2 互

18、补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路9.2.3 AB类单电源互补对称射极输出功率放大电路类单电源互补对称射极输出功率放大电路(OTL)一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理1、T1、T2互补对称射极输出与前级互补对称射极输出与前级共射电路共射电路T3级联；级联；2、静态时、静态时UA=UCC/2，通过，通过AB类状态类状态工作的工作的T1、T2，给，给T3提供直流偏置，提供直流偏置，并形成电压负反馈稳定并形成电压负反馈稳定UA；3、大电容、大电容C2上静态电压为上静态电压为UCC/2，并在信号变化周期内基本不变；并在信号变化周期内基本不变；4、T1导通导通T2截止

19、时，截止时，UCC通过通过T1向向C2充电；充电；T2导通导通T1截止时，截止时，C2通过通过T2放电，起负电源作用；放电，起负电源作用；5、充放电电流在负载电阻、充放电电流在负载电阻RL上上合成输出电压。合成输出电压。17/21iC1iC2uiT1T2RLR3D1D2R1R2+C1C2CET3UCCuoA9.2 互补对称互补对称B(B(乙乙) )类功率放大电路类功率放大电路二、电路分析计算二、电路分析计算 由于由于UA=UCC/2，T1、T2管最大管最大动态范围也被限制在动态范围也被限制在UCC/2，所以，所以忽略饱和压降，则有忽略饱和压降，则有最大输出电压幅度最大输出电压幅度:最大输出功率

20、：最大输出功率：最大输出电流：最大输出电流：管子承受最大电压：管子承受最大电压：UCC18/21T1T2iC1iC2RLuiUCCuoR3D1D2R1R2+C1C2CET3AL2CCL2CCL2omom82)2/(2RURURUPLCCLCCCm22/RURUI2CComUU9.3 集成功率放大电路集成功率放大电路9.3.1 通用型集成功率放大器通用型集成功率放大器LM386 19/21T10T8U-UCCuoR3D1D2R1R22接旁路接旁路电容电容T7T4T3T2T5T1R4R5R6T6T9U+3781456GND增益增益设置设置9.3 集成功率放大电路集成功率放大电路9.3.2 桥式功率放大器桥式功率放大器(BTL)一、电路原理一、电路原理1、两个相同功放组成；、两个相同功放组成；2、静态时，、静态时，UA=UB=UCC/2，RL跨