功率放大電路概述

1、功率放大電路概述9.1 功率放大 9.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)9.1.2 功率放大器工作狀態(tài) 的分類(lèi)9.2 雙 9.2.1 電路組成和工作原理9.2.2 性能分析9.2.3 交越失真的消除9.2.4 用復(fù)合管組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路9.2.5 OCL電路的應(yīng)用分析9.3 單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路(OTL電路)9.3.1 電路特性9.3.2 電路原理9.3.3 電路實(shí)例9.3.4 調(diào)試方法 9.4 BTL集成功率放大電路9.4.1 BTL功放組成及其工作原理9.4.2 集成BTL電路9.5 集成功率放大器4100系列簡(jiǎn)介9.6 VMOS功率放大器9.6.1 功率場(chǎng)效應(yīng)管(VMOS)簡(jiǎn)介9.6.2 功率場(chǎng)效應(yīng)

2、管(VMOS)電路實(shí)例第9章 低頻功率放大電路本章要點(diǎn):功放的特點(diǎn)與分類(lèi)OCL電路原理與特性分析OTL電路原理與調(diào)試方法BTL電路組成與原理VMOS功放的特點(diǎn)與應(yīng)用本章難點(diǎn):OCL電路性能指標(biāo)分析OTL電路調(diào)試方法第9章 低頻功率放大電路例: 擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器 在 9.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供較大的信號(hào)功率,故功率放大器應(yīng)具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn).1. 輸出功率要足夠大如輸入信號(hào)是某一頻率的正弦信號(hào),則輸出功率的表達(dá)式為Po =IoUo 改用振幅值表示為Po = IomUom 2. 效率要高功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器,它是將電源供給的直流能量

3、轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載,因此,要求轉(zhuǎn)換效率高.式中, Po為信號(hào)輸出功率,PDC是直流電源向電路提供的功率.在直流電源提供相同直流功率的條件下,輸出信號(hào)功率愈大,電路的效率愈高.3. 非線性失真要小功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作,電壓,電流擺動(dòng)幅度很大,而且由于三極管是非線性器件,在大信號(hào)工作狀態(tài)下,器件本身的非線性問(wèn)題十分突出,因此,輸出信號(hào)不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真.在實(shí)際應(yīng)用中,要采取措施減少失真,使之滿足負(fù)載要求.4. 圖解法進(jìn)行估算由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài),實(shí)際上已不屬于線性電路的范圍,故不能用小信號(hào)微變電路的分析方法,通常采用圖解法對(duì)其輸出功率,效率等指標(biāo)作粗略估算.

4、根據(jù)在正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況,三極管可分為幾個(gè)工作狀態(tài):乙類(lèi):導(dǎo)通角等于180甲類(lèi):一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通甲乙類(lèi):導(dǎo)通角大于180丙類(lèi):導(dǎo)通角小于1809.1.2 功率放大器工作狀態(tài)的分類(lèi)二. 甲類(lèi)功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗:若電源提供的平均功耗:則IcuceQuceQIcQ互補(bǔ)對(duì)稱(chēng):電路中采用兩個(gè)晶體管:NPN,PNP各一支;兩管特性一致.組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式射極輸出器.9.2 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路(OCL電路) 9.2.1 電路組成和工作原理ic1ic2ui = 0V ic1,ic2均=0(乙類(lèi)工作狀態(tài)) uo = 0V2.動(dòng)態(tài)分析ui 0VT1截止,T2導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通,T

5、2截止iL= ic1 ;iL=ic2T1,T2兩個(gè)管子交替工作,在負(fù)載上得到完整的正弦波.1. 靜態(tài)分析組合特性分析圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom9.2.2 分析計(jì)算最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po一個(gè)管子的管耗2.管耗PT兩管管耗3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率 最高效率 max3.三極管的最大管耗 問(wèn):Uom= PT1最大, PT1max= 用PT1對(duì)Uom求導(dǎo),并令導(dǎo)數(shù)=0,得出:PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處.將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式:選功率管的原則:1. PCM PT1m

6、ax =0.2PoM2.輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真死區(qū)電壓9.2.3 交越失真的消除tuo交越失真uit存在交越失真乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的缺點(diǎn)實(shí)際中晶體管輸入特性的門(mén)限電壓不為零,且電壓,電流關(guān)系也不是線性關(guān)系,在輸入電壓較低時(shí),輸入基極電流很小,故輸出電流也很小,因此輸出電壓在輸入電壓較小時(shí),存在一小段死區(qū),此段輸出電壓與輸入電壓不存在線性關(guān)系,產(chǎn)生了失真.克服交越失真的措施就是避開(kāi)死區(qū)電壓區(qū),使每一個(gè)晶體管處于微導(dǎo)通狀態(tài). 9.2.4 用復(fù)合管組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路功率放大電路的輸出電流一般很大.而一般功率管的電流由放大系數(shù)均不大,一般通過(guò)復(fù)合管來(lái)解決此問(wèn)題. 復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放 準(zhǔn)互

7、補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放 9.2.5 OCL電路的應(yīng)用分析OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路,它由輸入級(jí),中間級(jí),輸出級(jí)及偏置電路組成.輸入級(jí)是由T1,T2和T3組成的單端輸入,單端輸出的共射組態(tài)恒流源式差動(dòng)放大電路,并從T1的集電極處取出輸出信號(hào)加至中間級(jí).中間級(jí)是由T4,V5組成的共射組態(tài)放大電路,T5是恒流源,作為T(mén)4的有源負(fù)載.輸出極是由T7,T8,T9,T10組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,其中T7,T9為由NPN-NPN組成的NPN型復(fù)合管;T8,T10為由PNP-PNP組成的PNP型復(fù)合管,各管 OTL基本電路靜態(tài)時(shí),因電路對(duì)稱(chēng),兩管發(fā)射極e點(diǎn)電位為電源電壓的一半1/2VCC,負(fù)載中

8、沒(méi)有電流. 動(dòng)態(tài)時(shí),在輸入信號(hào)正半周,T1導(dǎo)通,T2截止,T1以射極輸出的形式向負(fù)載RL提供電流,使得負(fù)載RL上得到正半周輸出電壓,同時(shí)對(duì)電容C 由上可以看出,其工作過(guò)程除C代替一組電源外,其工作過(guò)程與雙電源相同,功率,效率計(jì)算也相同,只需將公式中的VCC用1/2VCC代替即可.OTL基本電路9.3.3 電路實(shí)例圖為一典型的OTL功放電路.由運(yùn)算放大器A組成前置放大電路,T4T7組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路,D1,D2,D3提供偏置電壓,R11和R1構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋.OTL功放電路實(shí)例9.3.4 調(diào)試方法圖9-12 OTL功率放大電路圖9-12所示電路的調(diào)試方法如下.調(diào)節(jié)電阻R1的阻值,調(diào)試T1的靜態(tài)工

9、作電流.調(diào)節(jié)R6使放大器輸出端(K點(diǎn))的對(duì)地電位為1/2Vcc,然后通過(guò)R11調(diào)節(jié)復(fù)合管的靜態(tài)電流.但調(diào)節(jié)R6和調(diào)節(jié)R11是互相影響的,所以,必須反復(fù)調(diào)節(jié)R6直至滿足要求為止.調(diào)試時(shí)千萬(wàn)注意,切不可斷開(kāi)R11,因?yàn)镽11一旦斷開(kāi),有燒壞晶體管的可能.經(jīng)上述調(diào)試后,電路就能正常工作.從信號(hào)發(fā)生器向OTL放大器送入一個(gè)比額定輸入信號(hào)電壓小的正弦波信號(hào),再進(jìn)一步觀察輸出波形,并對(duì)波形出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整.9.4 BTL集成功率放大電路BTL功率放大電路又稱(chēng)橋接推挽式放大電路,其主要特點(diǎn)是,在同樣電源電壓和負(fù)載電阻條件下,它可獲得比OCL和OTL大幾倍的輸出功率.9.4.1 BTL功放組成及其工作原理B

10、TL基本電路組成如圖所示,四個(gè)功放管T1T4組成橋式電路.靜態(tài)時(shí),電橋平衡四個(gè)功放管T1T4組成橋式電路.BTL基本電路工作原理當(dāng)ui1為正,ui2為負(fù)時(shí),T1和T3 導(dǎo)通,T2和T4 截止當(dāng)ui1為負(fù),ui2為正時(shí),T1和T3截止,T2和T4導(dǎo)通電源電壓相同時(shí),BTL電路的輸出功率相當(dāng)于OTL 或OCL電路的4倍9.4.2 集成BTL電路BTL電路有各種不同輸出功率和不同電壓增益的多種型號(hào)的 TDA1556為2通道BTL電路,可作為立體聲擴(kuò)音機(jī)左右兩個(gè)聲道的功放,其閉環(huán)增益為26dB.TDA1556內(nèi)部具有待機(jī),凈噪功能以及有短路,電路反向,過(guò)電壓,過(guò)熱和揚(yáng)聲器保護(hù)等. 集成BTL電路基本用

11、法電路9.5 集成功率放大器4100系列簡(jiǎn)介 CD4100引腳示意圖 集成功率放大器4100系列簡(jiǎn)介外部元件的作用如下:RF,CF 與內(nèi)部電阻組成交流負(fù)反饋支路.CB 相位補(bǔ)償.CC 輸出端電容,兩端充電電壓等于 .CD 反饋電容,消除自激振蕩.CH 自舉電容,使復(fù)合管的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓的升高而減小.C3,C4 濾除波紋.C2 電源退耦濾波,可消除低頻自激.集成功放DG4100典型的外部接線圖9.6.1 功率場(chǎng)效應(yīng)管(VMOS)簡(jiǎn)介VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管不僅保留了普通MOS管的全部?jī)?yōu)點(diǎn),而且還吸引了雙極型晶體管的一些優(yōu)點(diǎn),因而它具有兩者的優(yōu)點(diǎn) VVMOS結(jié)構(gòu)示意圖(1) 垂直地安置漏極,充分利用硅片面積,實(shí)現(xiàn)了垂直傳導(dǎo)漏源電流,可以得到較大的高輸出電流.(2) 設(shè)置了高電阻率的N型漂移區(qū),提高了器件的耐壓能力.(3) 實(shí)現(xiàn)了短溝道,使器件具有良好的線性.(4) 工作頻率高, 圖示是一個(gè)兩管4W VMOS音頻功率放大器.輸入級(jí)是由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管VF1組成的自偏壓式共源極放大電路.輸出級(jí)是用VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管VF2(型號(hào)為VN66AF)組成的單管功率放大電路.RG2和VF2是輸出極的偏置電