第九章低频功率放大电路

第九章低频功率放大电路第1页，课件共36页，创作于2023年2月9.1低频功率放大电路概述9.1.1分类图9–1甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图第2页，课件共36页，创作于2023年2月9.1.2功率放大器的特点1.输出功率要足够大如输入信号是某一频率的正弦信号,则输出功率表达式为式中,Io、Uo均为有效值。如用振幅值表示,,代入公式(9-1),则（9-1）第3页，课件共36页，创作于2023年2月2.效率要高放大器实质上是一个能量转换器,它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载,因此,要求转换效率高。为定量反映放大电路效率的高低,引入参数η,它的定义为式中,Po为信号输出功率,PE是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下,输出信号功率愈大,电路的效率愈高。(9-3)第4页，课件共36页，创作于2023年2月3.非线性失真要小

为使输出功率大,由式(9-2)可知Iom、Uom也应大,故功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。当输入是单一频率的正弦信号时,输出将会存在一定数量的谐波。谐波成分愈大,表明非线性失真愈大,通常用非线性失真系数γ表示,它等于谐波总量和基波成分之比通常情况下,输出功率愈大,非线性失真就愈严重。第5页，课件共36页，创作于2023年2月9.1.3提高输出功率的方法1.提高电源电压第6页，课件共36页，创作于2023年2月2.改善器件的散热条件普通功率三极管的外壳较小,散热效果差,所以允许的耗散功率低。当加上散热片,使得器件的热量及时散热后,则输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片时,允许的最大功耗Pcm仅为1W,加了120mm×120mm×4mm的散热片后,其Pcm可达到10W。在实际功率放大电路中,为了提高输出信号功率,在功放管一般加有散热片。第7页，课件共36页，创作于2023年2月9.1.4提高效率的方法图9–2功放的图解法(甲类放大状态)第8页，课件共36页，创作于2023年2月即为△M′MQ的面积。电源提供的直流功率为即为OMBA的面积值,故效率放大电路输出功率为第9页，课件共36页，创作于2023年2月1.改变功放管的工作状态图9–3乙类放大状态第10页，课件共36页，创作于2023年2月2.选择最佳负载图9–4最佳负载的确定第11页，课件共36页，创作于2023年2月9.2互补对称功率放大电路9.2.1双电源互补对称电路(OCL电路)图9–5双电源互补对称电路第12页，课件共36页，创作于2023年2月设两管的门限电压均等于零。当输入信号ui=0,则ICQ=0,两管均处于截止状态,故输出uo=0。当输入端加一正弦信号,在正半周时,由于ui>0,因此V1导通、V2截止,ic1流过负载电阻RL;在负半周时,由于ui<0,因此V1截止、V2导通,电流ic2通过负载电阻RL,但方向与正半周相反。即V1、V2管交替工作,流过RL的电流为一完整的正弦波信号,波形如图9-2所示。由于该电路中两个管子导电特性互为补充,电路对称,因此该电路称为互补对称功率放大电路。第13页，课件共36页，创作于2023年2月2.指标计算图9–6双电源互补对称电路的图解分析第14页，课件共36页，创作于2023年2月(1)输出功率Po:当考虑饱和压降Uces时,输出的最大电压幅值为一般情况下,输出电压的幅值Ucem总是小于电源电压UCC值,故引入电源利用系数ξ(9-6)(9-4)第15页，课件共36页，创作于2023年2月将(9-6)式代入(9-4)式得当忽略饱和压降Uces时,即ξ=1,输出功率Pom可按下式估算:第16页，课件共36页，创作于2023年2月图9-7Po与ξ关系曲线第17页，课件共36页，创作于2023年2月(2)效率η:η由(9-3)式确定。为此应先求出电源供给功PE。图9–8集电极电流ic波形第18页，课件共36页，创作于2023年2月因此,直流电源UCC供给的功率为因考虑是正负两组直流电源,故总的直流电源的供给功率为第19页，课件共36页，创作于2023年2月当ξ=1时,效率η最高,即图9–9PE与ξ的关系曲线第20页，课件共36页，创作于2023年2月(3)集电极功率损耗Pc:图9-10Pc与ξ的关系曲线(9-14)第21页，课件共36页，创作于2023年2月第22页，课件共36页，创作于2023年2月第23页，课件共36页，创作于2023年2月3.存在问题(1)交越失真。图9–11互补对称功率放大电路的交越失真第24页，课件共36页，创作于2023年2月图9–12克服交越失真的几种电路图9-12(a)是利用V3管的静态电流IC3Q在电阻R1上的压降来提供V1、V2管所需的偏压,即第25页，课件共36页，创作于2023年2月图9-12(b)是利用二极管的正向压降为V1、V2提供所需的偏压,即图9-12(c)是利用UBE倍压电路向V1、V2管提供所需的偏压,其关系推导如下:所以第26页，课件共36页，创作于2023年2月(2)用复合管组成互补对称电路图9–13复合管的几种接法第27页，课件共36页，创作于2023年2月图9–14复合管互补对称级第28页，课件共36页，创作于2023年2月图9–15准互补对称电路第29页，课件共36页，创作于2023年2月9.2.2单电源互补对称电路(OTL电路)图9–16单电源互补对称电路第30页，课件共36页，创作于2023年2月9.2.3实际功率放大电路举例图9–17OCL准互补对称功率放大电路第31页，课件共36页，创作于2023年2月图9-18集成运放作为前置级的OCL电路第32页，课件共36页，创作于2023年2月9.3集成功率放大器9.3.1内部电路组成简介图9-19中虚线框内为DG4100系列单片集成功放内部电路。它由三级直接耦合放大电路和一级互补对称放大电路构成,并由单电源供电,输入及输出均通过耦合电容与信号源和负载相连,是OTL互补对称功率放大电路。第33页，课件共36页，创作于2023年2月图9-19DG4100集成功放与外接元件总电路图第34页，课件共36页，创作于2023年2月因为反馈由输出端直接引至输入端,且放大器的开环增益很高(三级电压放大),整个放大电路为深度负反馈放大器,所以,放大器的闭环电压增益约为1/F,即当信号ui正半周输入时,V2输出也为正半周,经两级中间放大后,V7输出仍为正半周,因此V12、V13复