第八章功率放大器許ppt課件

1、5.1功率放大電路的普通問題5.2乙類雙電源互補對勝利率放大電路5.3甲乙類互補對勝利率放大電路5.4集勝利率放大器5.5功率器件 例：例： 擴音系統(tǒng)擴音系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表儀表指針偏轉(zhuǎn)等。指針偏轉(zhuǎn)等。 5.1 5.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取一一. 功放電路的特點功放電路的特點2 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必需功放電路中電流、電壓要求都比較大，必需留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極限

2、值留意電路參數(shù)不能超越晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce1輸出功率輸出功率Po盡能夠大盡能夠大(3) 電流、電壓信號比較大，必需留意防止波形失真。電流、電壓信號比較大，必需留意防止波形失真。(4) 電源提供的能量盡能夠轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少電源提供的能量盡能夠轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少 晶體晶體管及線路上的損失。即留意提高電路的效率管及線路上的損失。即留意提高電路的效率。Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號功率。負(fù)載上得到的交流信號功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100maxEoPP5功放管散熱和維護問題功放管散熱和維護問題二二. 甲

3、類功率放大器分析甲類功率放大器分析三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：假假設(shè)設(shè)CCCEQVU21的功耗相等則三極管和負(fù)載電阻LRCQCEQEIUPCQCCRLEIVPP21動態(tài)功耗動態(tài)功耗當(dāng)輸入信號當(dāng)輸入信號Ui時時放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率omomomomo2122IVIVP 在輸出特性曲線上，正在輸出特性曲線上，正好是三角形好是三角形 ABQABQ的面積，這的面積，這一三角形稱為功率三角形。一三角形稱為功率三角形。 要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面積大，即必需使面積大，即必需使Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大輸出功

4、率最大輸出功率CQCCIVP)21(210電源提供的功率電源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP)sin(21)(212020此電路的最高效率此電路的最高效率25. 00EmPP甲類功率放大器存在的缺陷：甲類功率放大器存在的缺陷： 輸出功率小 靜態(tài)功率大，效率低三三. 幾種任務(wù)形狀幾種任務(wù)形狀 根據(jù)在正弦信號整個周期根據(jù)在正弦信號整個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，三極管可內(nèi)的導(dǎo)通情況，三極管可分為幾個任務(wù)形狀：分為幾個任務(wù)形狀：乙類：導(dǎo)通角等于乙類：導(dǎo)通角等于180甲類：一個周期內(nèi)均導(dǎo)通甲類：一個周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類：導(dǎo)通角大于甲乙類：導(dǎo)通角大于180丙類：導(dǎo)通角小于丙類：導(dǎo)通角

5、小于180動畫演示動畫演示一一. 構(gòu)造構(gòu)造互補對稱：電路中采用兩個晶體管：互補對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。組成各一支；兩管特性一致。組成 互補對稱式射極輸出器互補對稱式射極輸出器ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型型PNP型型5.2 乙類互補對稱功率放大電路乙類互補對稱功率放大電路 二、任務(wù)原理設(shè)二、任務(wù)原理設(shè)ui為正弦波為正弦波ic1ic2 靜態(tài)時：靜態(tài)時：ui = 0V ic1、ic2均均=0乙乙類任務(wù)形狀類任務(wù)形狀 uo = 0V動態(tài)時：動態(tài)時：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;

6、ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2留意：留意：T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)任務(wù)。兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)任務(wù)。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL輸入輸入波形圖輸入輸入波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管導(dǎo)通時間為半個周期每管導(dǎo)通時間為半個周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特點：特點：組合特性分析組合特性分析圖解法圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為負(fù)載上的最大不失真電壓為Vom=VCC- VCESvo=-vce動畫演示動畫演示

7、1最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCCL2CESCComax22)()2(=RVRVVRVVP 實踐輸出功率實踐輸出功率PoL2omLomomooo222=RVRVVIVP 圖解分析圖解分析演示圖演示圖三、分析計算三、分析計算單個管子在半個周期內(nèi)的管耗單個管子在半個周期內(nèi)的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRvvVP 2管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtVtVV )d( )sinsin(2102L2omLomCCttRVtRVV )4(12omomCCLVVVR T2T1T=PPP)4(22omomCCLVVVR

8、 3電源供應(yīng)的功率電源供應(yīng)的功率PEToE=PPPLomCC2RVV 當(dāng)當(dāng)時，時， CComVV 2L2CCEmRVP4效率效率CComEo4=VVPP時，時， CComVV % 78.54 四三極管的最大管耗四三極管的最大管耗 )4VVV(R1) td(RtsinV) tsinVV(21=P2omomCCLLom0omCCT1oML2CCT1maxP2 . 0R2V2 . 0P問：問：Vom=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1對對Vom求導(dǎo)得出：求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在發(fā)生在Vom=0.64VCC處處。將將Vom=0.64VCC代入代入PT1表達式表達式：選管條件選管條件1

9、. PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVV2)(L2CCoMR2VP tuo交越失真交越失真ui t+VCC-VCCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL電路電路乙類互補對稱功放的缺陷乙類互補對稱功放的缺陷R1D1D2R2 靜態(tài)時靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管電位分別為二極管D1、 D2的正導(dǎo)游通壓降，致使兩的正導(dǎo)游通壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通形狀管均處于微弱導(dǎo)通形狀甲乙類任務(wù)形狀甲乙類任務(wù)形狀動態(tài)時：設(shè)動態(tài)時：設(shè) ui 參與正弦信號。正半?yún)⑴c正弦信號。正半周周 T2 截止，截止，T1 基極電位進一步基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通

10、形狀；負(fù)提高，進入良好的導(dǎo)通形狀；負(fù)半周半周T1截止，截止，T2 基極電位進一基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通形狀。步提高，進入良好的導(dǎo)通形狀。+VCC-VCCULuiiLRLT1T2電路中添加電路中添加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.根本原理根本原理 5.3 甲乙類互補對稱功率放大電路甲乙類互補對稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補對稱電路甲乙類雙電源互補對稱電路uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點：存在較小的靜態(tài)特點：存在較小的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時間大每管導(dǎo)通時間大于半個周期，根于半個周期，根本不失真。本不失真。 iC

11、QuceUSC /REUSCIBQ2.2.帶前置放大級的功率放大器帶前置放大級的功率放大器 動畫演示動畫演示3. 電路中添加復(fù)合管電路中添加復(fù)合管添加復(fù)合管的目的：擴展電流的驅(qū)動才干。添加復(fù)合管的目的：擴展電流的驅(qū)動才干。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決議。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決議。cbeT1T2ibic復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型becibic4. 改良后的改良后的OCL準(zhǔn)互補輸出功放電路：準(zhǔn)互補輸出功放電路： T1：電壓推進級前：電壓推進級前置級置級 T2、R1、R2：UBE擴擴展電路展電路 T3、T4、T5、T6：復(fù)合

12、管構(gòu)：復(fù)合管構(gòu)成互補對稱功放成互補對稱功放準(zhǔn)互補準(zhǔn)互補 輸出級中的輸出級中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，兩者特性型晶體管，兩者特性容易對稱。容易對稱。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6 合理選擇合理選擇R1、R2大小，大小，b3、b5間便可得到間便可得到 UBE2 恣意倍恣意倍數(shù)的電壓。數(shù)的電壓。22122RRRUUBECE1、根本原理、根本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。1靜態(tài)分析靜態(tài)分析那么那么 T1、T2 特性對稱，特性對稱，,2CCAVU2CCCVU2CCiVu 令：令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC二

13、二. 甲乙類單電源互補對稱電路甲乙類單電源互補對稱電路2動態(tài)分析動態(tài)分析假設(shè)輸出電容足夠大，其上假設(shè)輸出電容足夠大，其上電壓根本堅持不變，那么負(fù)電壓根本堅持不變，那么負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真電容相當(dāng)于電源電容相當(dāng)于電源RLuiT1T2+VCCCAUL+-時，時，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；2CCiVu 時，時，2CCiVu T1截止、截止、 T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。設(shè)輸入端在設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平根底上參與正弦信號直流電平根底上參與正弦信號3輸出功率及效率輸出功率及效率假設(shè)忽略交越失真的影

14、響，且假設(shè)忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。那幅度足夠大。那么：么：LCCLCCLRVIVU22maxmax，LCCLLLRVIUP8222maxmaxmaxLCCavCCERVIVP22)(sin2210ttdRVILCCav%5 .784maxELPP1 靜態(tài)偏置靜態(tài)偏置2動態(tài)任務(wù)情況動態(tài)任務(wù)情況 調(diào)整調(diào)整R1、R2阻值阻值的大小，可使的大小，可使CCK21VV 此時電容上電壓此時電容上電壓CCC21VV 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度遭到限制，達不到輸出電壓正方向變化的幅度遭到限制，達不到VCC/2。2、實踐電路、實踐電路抑制交越失真抑制交越失真動畫

15、演示動畫演示3. 帶自舉電路的單電源功放帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時靜態(tài)時CCK21VV C3充電后，其充電后，其兩端有一固定電兩端有一固定電壓壓動態(tài)時動態(tài)時由于由于C3很大，兩端電壓根本不變，使很大，兩端電壓根本不變，使D點電位隨輸出電壓點電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度到達升高而升高。保證輸出幅度到達VCC/2。自舉電路自舉電路自舉電路自舉電路5.4 適用功率放大器舉例適用功率放大器舉例這里引見一個適用的這里引見一個適用的OCL準(zhǔn)互補功放電路。其準(zhǔn)互補功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有中主要環(huán)節(jié)有 ： (1) 恒流源式差動放大輸入級恒流源式差動放大輸入級T1、T2、T3；(2) 偏置電路偏置電

16、路R1、D1、D2；(3) 恒流源負(fù)載恒流源負(fù)載T5；(4) OCL準(zhǔn)互補功放輸出級準(zhǔn)互補功放輸出級T7、T8、T9、 T10；(5) 負(fù)反響電路負(fù)反響電路Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反響；構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反響； (6) 共射放大級共射放大級T4；(7) 校正環(huán)節(jié)校正環(huán)節(jié)C5、R4；(8) UBE倍增電路倍增電路T6、R2、R3；(9) 調(diào)整輸出級任務(wù)點元件調(diào)整輸出級任務(wù)點元件Re7、Rc8、Re9、Re10。將其集成起來，就成為集勝利放電路。將其集成起來，就成為集勝利放電路。 +24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3

17、T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級差動放大級反響級反響級偏置電路偏置電路共射放大級共射放大級UBE倍增倍增電路電路恒流源恒流源負(fù)載負(fù)載準(zhǔn)互補功放級準(zhǔn)互補功放級保險管保險管負(fù)載負(fù)載適用的適用的OCL準(zhǔn)互補功放電路：準(zhǔn)互補功放電路：集勝利放集勝利放 LM384管腳闡明管腳闡明:14 - 電源端電源端 V cc3、4、5、7 - 接地端接地端 GND10、11、12 - 接地端接地端GND2、6 - 輸入端輸入端 普通普通2腳接地腳接地 8 - 輸出端輸出端 經(jīng)經(jīng)500 電容接負(fù)載電容接負(fù)載)12345 678910111213141 - 接旁路電容

18、接旁路電容5 9、13 - 空腳空腳NC集勝利放集勝利放 LM384 外部電路典型接法：外部電路典型接法：500-+ 0.1 2.7 8146215Vccui8調(diào)理音量調(diào)理音量電源濾波電容電源濾波電容外接旁路電容外接旁路電容低通濾波低通濾波,去除高頻噪聲去除高頻噪聲輸入信號輸入信號輸出耦合大電容輸出耦合大電容1功率放大器的特點：任務(wù)在大信號形狀下，輸出電壓和輸功率放大器的特點：任務(wù)在大信號形狀下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求是在允許的失真條件下，盡能夠提高輸出出電流都很大。要求是在允許的失真條件下，盡能夠提高輸出功率和效率。功率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，為了提高效率，在功率放大

19、器中，BJT常任務(wù)在乙類和甲常任務(wù)在乙類和甲乙類形狀下，并用互補對稱構(gòu)造使其根本不失真。這種功率放乙類形狀下，并用互補對稱構(gòu)造使其根本不失真。這種功率放大器實際上的最大輸出效率可以到達大器實際上的最大輸出效率可以到達78.5。3互補對稱功率放大器的幾種主要構(gòu)造：互補對稱功率放大器的幾種主要構(gòu)造： OCL雙電源雙電源乙類乙類 甲乙類。甲乙類。 OTL單電源單電源乙類乙類 甲乙類。甲乙類。4隨著半導(dǎo)體工藝、技術(shù)的不斷開展，輸出功率幾十瓦以上隨著半導(dǎo)體工藝、技術(shù)的不斷開展，輸出功率幾十瓦以上的集成放大器曾經(jīng)得到了廣泛的運用。功率的集成放大器曾經(jīng)得到了廣泛的運用。功率VMOS管的出現(xiàn)，管的出現(xiàn)，也給功

20、率放大器的開展帶來了新的活力。也給功率放大器的開展帶來了新的活力。本章小結(jié)本章小結(jié)5.1功率放大電路的普通問題一、功放電路特點一、功放電路特點1輸出功率輸出功率Po盡能夠大盡能夠大2效率要高Po大，電路的能量損耗大，電路的能量損耗也大也大3非線性失真非線性失真要小要小大信號任務(wù)形狀，與Po、 是一對矛盾要求Vo和Io都足夠大4功放管散熱和維護問題功放管散熱和維護問題二、功放電路分類二、功放電路分類根據(jù)靜態(tài)偏置的不同，功放電路可分為:甲類、乙類和甲乙類三種功放電路分類比較表：功放電路分類比較表：類別 任務(wù)點 波 形 導(dǎo)通角 特點甲類甲乙類乙類較高較高較低較低最低最低360180180 360無失

21、真無失真效率低效率低失真大失真大效率最高效率最高失真大失真大效率較高效率較高一、電路OCL(OutputCapacitorless)雙管：雙管：NPN、PNP特性一樣且互補特性一樣且互補雙共集電路雙共集電路雙電源供電雙電源供電 5.2 乙類互補功放規(guī)范型也稱OCL互補功放二、任務(wù)原理vi正半周時結(jié)論：結(jié)論： 兩個三極管，輪番導(dǎo)電兩個三極管，輪番導(dǎo)電正、負(fù)半周互補缺乏正、負(fù)半周互補缺乏忽略三極管的開啟電壓:T1導(dǎo)電導(dǎo)電iE1經(jīng)過經(jīng)過RLVi負(fù)半周時T2導(dǎo)電導(dǎo)電iE2經(jīng)過經(jīng)過RL合成合成完好、不失真波形互補推挽組合特性分析圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Vom=VCC- VCESvo=-vceL2C

22、ESCCL2omomaxR2)VV(R2VPL2omL2cemLcemcemcmcemoooR2VR2VR2V2V2I2VVIP1輸出功率輸出功率Po三、參數(shù)計算三、參數(shù)計算)VVV(R2VPCESCComL2CCoM略最大不失真功率為：最大不失真功率為：理想最大輸出功率為：理想最大輸出功率為：以正半周為例2 2電源功率電源功率PV PV PEPELomCC0LomCC0omCCCCCCVRVV2) td(tsinRV22V) td(tsinI22VIV=P3 3三極管的管耗三極管的管耗PT PT )4VVV(R1) td(RtsinV) tsinVV(21=P2omomCCLLom0omCCT1T1TT2T12PPP=PoML2CCT1maxP2 . 0R2V2 . 0P問：問：Vom=？ PT1最大最大, PT1max=？用PT1對Vom求導(dǎo)得出：PT1max發(fā)生在Vom=0.64VCC處。將Vom=0.64VCC代入PT1表達式得：4 4效率效率當(dāng)Vom = VCC 時，max=/4 =78.5。CComLomCC2omVoVV4RVV22VPP四、選管條件四、選管條件1P