第8章集成功率放大器

1、计算机及信息工程学院(常州）江冰 教授8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题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8.4 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*8.5 集成功率放大器集成功率放大器8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象(1) 功率放大电路的主要特点

2、功率放大电路的主要特点 功率放大电路是一种以输出较大功率为目功率放大电路是一种以输出较大功率为目的。的。要求同时输出较大的电压和电流。要求同时输出较大的电压和电流。管子工管子工作在接近极限状态。作在接近极限状态。 (2) 要解决的问题要解决的问题 提高效率提高效率 减小失真减小失真 管子的保护管子的保护 一般直接驱动负载，带载能力要强。一般直接驱动负载，带载能力要强。2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 降低静态功耗，即减小静态电流。降低静态功耗，即减小静态电流。四种工作状态四种工作状态 根据正弦信号整个周期根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分内三极管的导通

3、情况划分乙类：乙类：导通角等于导通角等于180(c)甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通(a)甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180(b)丙类：丙类：导通角小于导通角小于180(d)end(d)8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例简化电路简化电路带电流源详图的电路图带电流源详图的电路图 特点：特点：(1)电压增益近似为电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。功率增益，输出电阻小，带负载能力强。(2)vI=vi+VI ,管子导通角是管子导通角是180度度,甲类甲类.输出电压与输入电压的关系输出电压

4、与输入电压的关系 OI(0.6)Vvv设设T1的饱和压的饱和压VCES0.2V vO正向振幅最大值正向振幅最大值 omCC0.2VVVvO负向振幅最大值负向振幅最大值 若若T1首先截止首先截止 LBiASomRIV若若T3首先出现饱和首先出现饱和 omEE0.2 VVV 8.2 射极输出器射极输出器输出电压振幅输出电压振幅8.2 射极输出器射极输出器工作效率工作效率CCEE15VVVBiAS1.85AI 8LRiIvvIVVI=0.6V当当 放大器的效率放大器的效率 书书386页页,例例8.2.1 计算结果计算结果%7 .24%100)(VEVCom PPP效率低效率低end8.3 乙类双电源

5、互补对称乙类双电源互补对称功率放大电路功率放大电路8.3.2 分析计算分析计算8.3.1 电路组成电路组成8.3.3 功率功率BJT的选择的选择8.3.1 电路组成电路组成 由一对由一对NPN、PNP特性相同的特性相同的互补三极管组成，采用正、负双互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为电源供电。这种电路也称为OCL(P393)互补功率放大电路。互补功率放大电路。1. 电路组成电路组成2. 工作原理工作原理 两个三极管在信号正、两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使负半周轮流导通，使负载得负载得到一个完整的波形。到一个完整的波形。3.图解表示图解表示注意点1. 最大不失真输出功率最

6、大不失真输出功率Pomax 2)( )2(=L2CESCCL2CESCComaxRVVRVVP 实际输出功率实际输出功率L2omLomomooo222=RVRVVIVP 8.3.2 分析计算分析计算忽略忽略VCES时时L2CComax2RVP 8.3.2 分析计算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输入正弦波时输入正弦波时)(d )(21=0LooCCT1tRVP vv2. 管耗管耗PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(12omomCCLVVVR T2T1

7、T=PPP)4(22omomCCLVVVR 3. 电源供给的功率电源供给的功率PV ToV=PPPLomCC2RVV当当时，时， CComVV 2L2CCVmRVP 4. 效率效率 CComVo4=VVPP 当当时，时， CComVV % 78.54 8.3.2 分析计算分析计算1. 最大管耗和最大输出功率的关系最大管耗和最大输出功率的关系因为因为8.3.3 功率功率BJT的选择依据的选择依据)4(12omomCCLT1VVVRP 则则 0.6VCC 具有最大管耗具有最大管耗CCom2VV0.2Pom L2CC2T1m1RVP 选管依据之一选管依据之一0)2(1omCCL1T1VVRdVdPP

8、omT求极值：T1m0.2Pom 2. 管子的最大反相压降管子的最大反相压降 V (BR)CEO8.3.3 功率功率BJT的选择的选择3. 最大的集电极电流最大的集电极电流iCM endV (BR)CEO2Vcc阅读例阅读例8.3.1,作业作业8.3.3手册值）(LCCCMCMIRVi8.4 甲乙类互补对称功率甲乙类互补对称功率放大电路放大电路8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路问题的提出问题的提出:乙类功放有乙类功放有不足不足,分析如下分析如下.Vo

9、8.4.1 (提出提出)甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路(1)改进思路改进思路:接接D1,D2使使T1,T2在没有输在没有输入信号时先导通入信号时先导通, 加入输加入输入信号入信号, 无死区无死区 , 克服交克服交越失真越失真.T3是前级电压放大器是前级电压放大器甲乙类甲乙类没有输入信号时没有输入信号时T1T1，T2T2已导通已导通, , 每个管子导每个管子导通均大于通均大于180180度。度。,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路(2)BE4221CE4VRRRV VBE4可认为是定值可认为是定值 R1、R2不变时，不变时，VCE4也也是定值，可以承担

10、是定值，可以承担D1，D2作用。且可通过电阻作用。且可通过电阻调整。调整。且可通过电阻调整。且可通过电阻调整。优点？优点？8.4.2 甲乙类甲乙类单单电源互补对称电路（电源互补对称电路（接接C）静态时，偏置电路使静态时，偏置电路使VKVCVCC/2（电容（电容C充电达到充电达到稳态）稳态）。endvi负半周负半周T1导通，有电流通过负导通，有电流通过负载载RL，同时向，同时向C充电充电vi正半周正半周T2导通，则已充电的电导通，则已充电的电容容C通过负载通过负载RL放电。放电。只要满足只要满足RLC T信信，电容，电容C就就可充当原来的可充当原来的VCC。注意：计算问题注意：计算问题 利用双电

11、源公式，只利用双电源公式，只要将公式中的要将公式中的VccVcc用用Vcc/2Vcc/2代替即可。代替即可。8.4.2 甲乙类甲乙类单单电源互补对称电路电源互补对称电路LLLCCLCCLCCmRfCRVRVRVP2181)2(21212220双例如： 功率器件安全使用问题功率器件安全使用问题图 功率运算放大器OPA2544的外形图及 管脚图 (a)外形图；(b)管脚图8.5 集成功率放大器集成功率放大器管子的安全问题：管子的安全问题：功率管最大工作电流必须小于最大允许电功率管最大工作电流必须小于最大允许电流流ICM；最大工作反压必须小于允许的击穿电压最大工作反压必须小于允许的击穿电压U(BR)

12、CEO；功率管的功耗要小于允许的最大功耗功率管的功耗要小于允许的最大功耗PCM管子散热问题：管子散热问题：普通功率管外壳较小普通功率管外壳较小, 散热效果差散热效果差, 所以所以允许的耗散功率低。当加上散热片允许的耗散功率低。当加上散热片, 输出功率可以提高输出功率可以提高很多。很多。例如低频大功率管例如低频大功率管3AD6在不加散热片时在不加散热片时, 允许的最大功允许的最大功耗耗Pcm仅为仅为1W,加了加了120mm120 mm4 mm的散热片后的散热片后, 其其Pcm可达到可达到10 W。 在实际功率放大电路中在实际功率放大电路中,为了提高为了提高输出信输出信号功率号功率, 在功放管一般

13、加有散热片。在功放管一般加有散热片。 集成功率放大器典型应用电路集成功率放大器典型应用电路D20061 2 3 4 51.集成器件1.集成器件D2006电源电压 6-15V负载阻抗4-8输出功率8W(8)12W (4)输入电阻 5M开环电压增益达75dB2.原理5个引脚功能:1,2输入,4输出,5正电源,3负电源uf=1+R1/R2R1R2C2构成交流电压串联负反馈R4C5高频校正电路，抑制高频自激，过压保护，泄放电感性负载（扬声器）自感电压，保护运放不过压应用实例应用实例: :简易伴唱电路简易伴唱电路7TDA2002指标指标:【用途用途】 音频功率放大电路音频功率放大电路 【性能性能 参数参

14、数】 单列双排单列双排5脚脚(TO-220)封装封装;工作电压工作电压=520V;输出电流输出电流3.5A;输出功率输出功率=8W;允许功耗允许功耗=15W;输出峰流输出峰流=3.5A;静态电流静态电流=45mA;输入输入阻抗阻抗=150k;谐波失真谐波失真=0.2%;开环增益开环增益=80dB;纹波抑制纹波抑制=35dB。 【替代产品替代产品】 6S34 8FG2002/H 8FG2003 A2030V AN252 BA5320 CA2002/H/M CA2003 CA2004/M CD2002 CD2003 D2002 D2003 FD2002 FDA2002 FS1220/A HA133

15、6 HA2002 IX1020AF K174YH4 KA2003 L203 LA2002/T LA7204P LM2002系列 LM2003/A LM383系列 LA455 M54523 MPC2002系列 MPC2003 N2002 71 1、功率放大器关注的主要问题（输出功率要大、效率要高、功率放大器关注的主要问题（输出功率要大、效率要高、非线性失真要小、管子的安全和散热）非线性失真要小、管子的安全和散热）2 2、四种类型的功率放大器（甲类、乙类、甲乙类、丙类）管、四种类型的功率放大器（甲类、乙类、甲乙类、丙类）管子的导通角是多少？输出信号波形特点。子的导通角是多少？输出信号波形特点。3 3、乙类双电源互补对称功放、乙类双电源互补对称功放电路形式电路形式/ /计算公式（计算公式（PoPo，PomPom，P PTmTm，PvPv）/ /例题例题5.2.1/5.2.1/4 4、乙类功放存在的问题：交越失真的概念，克服交越失真的、乙类功放存在的问题：交越失真的概念，克服交越失真的措施措施5 5、甲乙类双电源互补对称功放、甲乙类双电源互补对称功放电路形式，克服交越失真的作用？电路形式，克服交越失真的作用？/ /计