低频讲义第八章功率放大器

1、(8-1) 第八章 功率放大器模拟电子线路(8-2)第八章 功率放大器8.1 概述8.2 互补对称功率放大电路8.3 实际功放电路8.4 集成功率放大器8.5 变压器耦合式功放电路(8-3)例1： 扩音系统执行机构功率放大器的作用： 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。 功率放大电压放大信号提取8.1 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RtTUO室温T 温度调节过程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功 放b温控室A+-uo1加热元件(8-5)分析功放电路应注意的问题(1) 功放

2、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 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(8-6)(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Pomax : 负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。(8-7) 射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：问题讨论Rbuo USCuiibRE射极输出器能否做功率放大？(8-8)RbuoUSCuiRE射极输出器效率的估算：(设RL=RE)uotuoibQ

3、icuceUSC(8-9)若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：uo的取值范围QIcuCEUSC直流负载线交流负载线UCEQ = 0.5USC 静态工作点： 为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真 ，如下图所示。(8-10)放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。1. 直流电源输出的功率2. 最大负载功率3. 最大效率(RL=RE时)(8-11)如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。(8-12) 互补

4、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）OTL: Output TransformerLessOCL: 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：8.2 互补对称功率放大电路(8-13)8.2.1 无输出电容的互补对称功放电路 （ OCL电路）一、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1. 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。(8-14)ic1ic2动态分析：ui

5、0VT1截止，T2导通ui 0VT1导通，T2截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、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均不工作 uo = 0V(8-15)乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压uiuououo tttt交越失真：输入信号 ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。交越失真(8-16)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管导通时间等于半个周期 ； (3) 存在交越

6、失真。 乙类放大的特点：(8-17)二、最大输出功率及效率的计算假设 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。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：(8-18)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：USC1 =USC2 =USCtic1(8-19)效率为：结论：OCL电路效率较高； 电流、电压波形存在失真。(8-20)三、电路的改进1. 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，u

7、i IB，则(8-25)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：cbeT1T2ibicbecibic方式一：(8-26)becibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：(8-27)改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T1、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(8-28)

8、-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器集成运放内部的功率放大输出级(8-29)8.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路 （OTL电路）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，令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC(8-30)三、动态分析设输入端在 0.5USC 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

9、。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；时，T1截止、 T2导通。0.5USCuit(8-31)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：uLULmaxuitt(8-32)实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=0.5USCD1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A(8-33)这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大

10、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）。8.3 实际功放电路(8-34)+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4

11、BX差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的OCL准互补功放电路：(8-35)输出功率的估算：输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8 则最大输出功率为：实际输出功率约为 20W。注：该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童诗白主编）。(8-36)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 8.4 集成功率放大器(8-37)集成功放 LM384管脚说明:14 - 电源端（

12、Vcc）3、4、5、7 - 接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（GND）2、6 - 输入端 （一般2脚接地） 8 - 输出端 （经500 电容接负载）)12345 678910111213141 - 接旁路电容（5 ）9、13 - 空脚（NC）(8-38)集成功放 LM384 外部电路典型接法：500-+ 0.12.78146215Vccui8调节音量电源滤波电容外接旁路电容低通滤波,去除高频噪声输入信号输出耦合大电容(8-39)利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。一、特点例：OCL电路中，若 RL=80 、需要输出功率 PO=50

13、W。根据公式 需电源电压：90V的电压对电子电路显然不合适。8.5 变压器耦合式功放电路 利用变压器阻抗变换关系（ RL= K2 RL），通过改变变压器的匝数比K，使电路得到合适的负载，便可解决以上问题。(8-40) （变阻抗）变压器原、副边阻抗关系从原边等效：结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。 (8-41)二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器1.原理电路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。(8-42)输入变压器：将输入信号分成两个大小相等的信号，分别送两个放大器的基极，使 T1、T2 轮流导通。输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1(8-43)uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 动、静态分析静态分析：ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。变压器线圈对于直流相当于短路。(8-44)uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1动态分析： ui 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。 若ui 为正弦信号，则 iL近似为正弦波。 ui 0 时： T2导通、T1截止，ic2 经变