清华模拟电子技术基础第4章课件

第一节功率放大电路的主要特点对放大电路的要求放大电路中三极管的工作状态放大电路的分析方法下页总目录在一些电子设备中，常要求放大电路的输出级能带动某种负载，因而要求放大电路有足够大的输出功率。这种放大电路通称为功率放大器。1.根据负载要求，提供足够的输出功率。最大输出功率Pom：在正弦输入信号下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积。21UcemIcm=

2·Icm2Pom=Ucem共射接法下一、对放大电路的要求下页上页首页式中po为放大电路输出给负载的功率，而pv为直流电源VCC所提供的功率。popvη=放大电路的效率可表示为2.具有较高的效率。下页上页首页如果功率放大电路的效率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在放大电路内部的电能将转换成为热量，使管子、元件等温度升高，因而不得不选用较大容量的放大管和其他设备，很不经济。三极管的安全工作区过流区iCuCE=PCM过压区安全工作区ICM过损耗区U(BR)CEOiC/mAOuCE/V极限参数a.集电极最大允许电流ICMb.集电极最大允许耗散功率PCMc.极间反向击穿电压集射反向击穿电压U(BR)CEO集基反向击穿电压U(BR)CBO在功率放大电路中，由于三极管的工作点在大范围内变化，因此，对电路进行分析时，一般不能采用微变等效电路法，常采用图解法分析放大电路的静态和动态工作情况。下页上页三、放大电路的分析方法根据功率放大电路的上述特点，可以组成功率放大的具体电路。考虑电路的具体形式时，主要应注意使放大电路具有足够的输出功率和较高的效率，并尽量减小输出波形的非线性失真。首页传统功放多采用变压器耦合方式，目前应用的有：OTL电路：无输出变压器功率放大电路outputtransformerlessOCL电路：无输出电容的功率放大电路outputcapacitorlessBTL电路：桥式推挽电路balancedtransformerless上述三种电路均采用射极输出方式，即共集接法。（输出电阻低，带负载能力强）功率放大电路的分类功率放大管的工作状态甲类：在信号整个周期中，放大管均导通。360°（不使用）乙类：放大管仅在信号半个周期导通。180°甲乙类：放大管导通时间大于半个周期。180°<α<360°一、电路组成和工作原理1.

OTL乙类互补对称电路R1和R2确定放大电路的静态电位。2

VCC调整R1

和

R2的值，使静态时两管的发射极电位为2

VCC电容C2两端的电压也等于动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLOTL乙类互补对称电路C1+下页上页首页otic1otic2otiLotui交越失真iC1iC2iLui>0时VT1导通VT2截止。ui<0时VT2导通VT1截止。iL=iC1–iC2下页上页R2+R1+VCCC2-VT1NPNuiuOVT2PNPRLC1+首页动画R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+2.

OTL甲乙类互补对称电路iC1iC2iLiB1iB2R、VD1和VD2为两管提供了静态基极电流IB1和IB2避免了ui较小时两管同时截止减小了交越失真。iC1

和

iC2不为零，静态时为零下页上页首页Icm=(VCC

–

UCES)/RL静态时

UCE1=+VCC,UCE2=–

VCC下页上页OCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL3.

OCL甲乙类互补对称电路OCL电路省去了大电容，既改善了低频响应，又有利于实现集成化，应用更为广泛。首页仿真下页上页OCL电路存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。首页ui>0时工作点沿QA上移。ui<0时工作点沿QB下移。Ucem=VCC-UCES若VT1、VT2对称下页上页二、互补对称电路主要参数的估算1.OCL互补对称电路主要参数的估算首页-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOCL互补电路的图解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCCRLVCCPV

=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCPomPVη=≈=78.5%4π下页上页（2）效率当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。当忽略饱和管压降UCES时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。首页下页上页（3）功率三极管的极限参数在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：▼集电极最大允许电流ICM因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：首页下页上页在OCL互补对称电路中，两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO当VT2导电时，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时，VT1的集电极电压达到最大，此时：或因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为首页Ucem=–

2VCCUCES若VT1、VT2对称下页上页2.OTL互补对称电路主要参数的估算2首页-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBOTL互补对称电路的图解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC交流负载线2RLVCCPom=UcemIcm=2121RLU2cemPom≈81RLV2CCPV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0PomPvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π21RL(VCC/2–UCES)2=若满足UCES

<<2VCC2πRLV2CC≈πVCCIcm=下页上页（1）最大输出功率（2）效率首页下页上页（3）功率三极管的极限参数▼集电极最大允许电流ICM▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEOPTm=0.2Pom

▼集电极最大允许耗散功率PCMPCM>0.2Pom

首页第三节采用复合管的互补对称式放大电路复合管的接法及其β和rbe复合管组成的互补对称放大电路下页总目录一、复合管的接法及其β和rbe复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。下页上页首页rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2iC1iC2iE1=iB2iEiCiBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1与NPN型三极管等效下页上页VT1VT2bec首页rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2与PNP型三极管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1与PNP型三极管等效下页上页iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec首页二、复合管组成的互补对称放大电路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4VT3、VT4很难互补对称VT3、VT4可实现互补对称VT1VT2+VCC-VCCuiRLuORR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2上页首页第四节集成功率放大器集成功率放大器的电路组成集成功率放大器的主要技术指标集成功率放大器的引脚和典型接法下页概述总目录目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集成功率放大器。集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路也集成在芯片内部，使用更加安全。集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。下页上页首页一、概述集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在于，对前者要求输出更大的功率。为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合管组成。另外，通常要求更高的直流电源电压。对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。下页上页首页下页上页二、集成功率放大器的电路组成82716354R3R2R1R4R5R7R615kΩ15kΩ50kΩ1.35kΩ150Ω15kΩ50kΩVT1VT2VT3VD1VT10VT4VT5VT7VT8VT6VT9VD2输入级为双端输入、单端输出差分放大电路镜像电流源中间级引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。首页下页上页三、集成功率放大器的主要技术指标参数测试条件最小典型最大单位工作电源电压（V+）LM386N-1,-3，LM386M-1LM386N-4451218VV静态电流（IQ）V+=6V,Ui=048mA输出功率（PO）LM386N-1，LM386M-1LM386N-3LM386N-4V+=6V,RL=8Ω,THD=10%V+=9V,RL=8Ω,THD=10%V+=16V,RL=32Ω,THD=10%2505007003257001000mWmWmW电压增益（Au

）V+=6V,f

=1kHz引脚1、8间接10μF电容2646dBdB带宽(BW)V+=6V,引脚1、8开路300kHzLM386主要技术指标（大气温度TA=250C)首页下页上页参数测试条件最小典型最大单位总谐波失真（THD)V+=6V,RL=8Ω,PO=125mWf

=1kHz,引脚1和8开路0