模擬電子技術(shù)_低頻功率放大器

1、低頻功率放大器低頻功率放大器學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解功率放大電電路的特點(diǎn)與與分類類 掌握乙類類、甲乙類類互補(bǔ)對(duì)稱補(bǔ)對(duì)稱功率放大電電路的工作原理及主要性能指標(biāo)計(jì)標(biāo)計(jì)算 了解集成功率放大電電路的特點(diǎn)及其應(yīng)應(yīng)用7.1 功率放大電電路概概述7.2 雙電雙電源互補(bǔ)對(duì)稱補(bǔ)對(duì)稱功率放大電電路（OCL電電路）7.3 單電單電源互補(bǔ)對(duì)稱補(bǔ)對(duì)稱功率放大電電路（OTL電電路）*7.4 集成功率放大電電路簡(jiǎn)簡(jiǎn)介*7.5 電電路仿真實(shí)真實(shí)例 7.1 功率放大電路概述功率放大電路概述 7.1.1 功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn) （1）輸出功率盡可能大）輸出功率盡可能大 為了輸出足夠大的功率， 要求輸出電壓和 輸出電流幅度都比

2、較大， 對(duì)功率管來(lái)講是工作于大信號(hào)狀態(tài)。（2）效率要高）效率要高 功率放大器實(shí)質(zhì)上仍是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量輸送給負(fù)載，故要求轉(zhuǎn)換效率高。（3）非線性失真要?。┓蔷€性失真要小 因?yàn)楣Ψ殴艿姆蔷€性， 加上工作于大信號(hào)狀態(tài)，所以,如何減小非線性失真是功率放大電路的一個(gè)重要問(wèn)題。 （4）功放管的散熱熱和保護(hù)護(hù) 功率放大器工作在高電壓、大電流情況下，因此功放管的集電結(jié)功耗很大，使得結(jié)溫和管殼溫度很高，如不采取措施加以限制，功放管很容易燒壞。在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將功放管安裝在一定尺寸的散熱器上，并在電路中設(shè)計(jì)有保護(hù)電路以保證功放管的安全工作。（5）采用圖圖解法進(jìn)進(jìn)行

3、估算 功放管工作在大信號(hào)狀態(tài)，通常是采用圖解分析法對(duì)其輸出功率、轉(zhuǎn)換效率等主要指標(biāo)作粗略估算。7.1.2 功率放大器的分類1.甲類類功率放大電電路 工作點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的中點(diǎn) ，輸出波形失真小，但靜態(tài)管耗大，效率低。2.乙類類功率放大電電路 乙類功率放大電路工作點(diǎn)設(shè)置在負(fù)載線的截止區(qū)，非線性失真大（僅輸出半個(gè)周期波形），但無(wú)靜態(tài)管耗，故效率高。 3.甲乙類類功率放大電電路 工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)內(nèi)，但很接近截止區(qū)，非線性失真比甲類功放大，比乙類功放稍小，效率較高。 7.2 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OCL電路）7.2.1 電電路組組成原理 1.基本電電路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) VT1為NPN, VT2為PNP,

4、 VT1VT2特性相同，電路對(duì)稱互補(bǔ)。兩管均工作在乙類放大狀態(tài) 。這種無(wú)輸出電容的乙類功率放大電路，簡(jiǎn)稱OCL電路。 2.電路工作原理電路工作原理（1）靜態(tài)靜態(tài)分析 當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，兩管截止，負(fù)載上無(wú)電流通過(guò)，故輸出電壓 uo=0 。（2）動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)分析 Ui正半周：VT1導(dǎo)通， VT2截止。在RL上產(chǎn)生正半周的輸出電壓。 Ui負(fù)負(fù)半周： VT2導(dǎo)通， VT1截止。在RL上產(chǎn)生負(fù)半周的輸出電壓。 在輸入信號(hào)Ui的的一個(gè)周期內(nèi) ， VT1， VT2交替工作， RL上得到完整的正弦波輸出信號(hào)。這種工作方式既提高了效率，又解決了波形失真的問(wèn)題。7.2.2 性能指標(biāo)分析1.輸輸出功率 考慮到管子的飽和

5、壓降UCES時(shí)，負(fù)載上可獲得的最大輸出功率為 22222oomcemoooLLLUUUPU IRRR2om2CCCESLVUPR2.轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率 兩電源提供的總平均功率為 轉(zhuǎn)換效率為 在理想情況下，即忽略管子的飽和壓降UCES 時(shí)LCESCCCCVRUVVP24oCCCESVCCPVUPV10078.5%43.管耗 兩管的總管耗為 當(dāng)輸出電壓幅值 時(shí)，晶體管的管耗最大。 兩管的最大管耗與輸出功率的關(guān)系為： 2om24CComTVoLV UUPPPRom20.6CCCCVUVm0.4TomPP4 功放管的選擇選擇原則則功放管參數(shù)的選擇應(yīng)滿足以下條件：（1）每只晶體管的最大允許管耗 （2）考慮到導(dǎo)

6、通管飽和時(shí)，截止管承受 的反向電壓， 晶體管的反向擊穿電壓應(yīng)滿足（3）由于電路工作時(shí)通過(guò)晶體管的最大集電極電流為 因此所選晶體管的最大工作電流應(yīng)滿足10.2CMT MomPPPCC2VCC02VBR CEUCCVLRCCVCMLIR7.2.3 交越失真現(xiàn)象及消除方法 由于晶體管的死區(qū)使輸出電流（電壓）波形在正、負(fù)半周過(guò)零處產(chǎn)生的非線性失真，稱為交越失真真。 消除交越失真的方法是：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使功放管均工作在微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類狀態(tài)。一旦輸入信號(hào)加入，晶體管立即進(jìn)入線性放大區(qū)。 7.2.4 OCL電路實(shí)例分析1.采用相同類類型的NPN、PNP管組組成的復(fù)復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱補(bǔ)對(duì)稱功率放大電電

7、路。兩兩者很難難做到完全對(duì)稱對(duì)稱。2.通過(guò)復(fù)過(guò)復(fù)合管的接法來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)補(bǔ) 3. OCL電電路實(shí)實(shí)例分析7.3 單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（OTL電路）7.3.1 電電路組組成原理及分析方法 電路只有一個(gè)電源使用互補(bǔ)對(duì)稱管VT1VT2通過(guò)一個(gè)大電容C接負(fù)載。l 靜態(tài)靜態(tài) uo=0，兩管發(fā)射極的電位 ACC1UV2l 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) Ui正半周：VT1導(dǎo)通， VT2截止。VCC通過(guò)VT1向電容C充電，RL上產(chǎn)生正半周的輸出電壓。 Ui負(fù)負(fù)半周： VT2導(dǎo)通， VT1截止。電容C放電，在RL上產(chǎn)生負(fù)半周的輸出電壓。 OTL電電路的工作原理與與OCL電電路相同，故其功率、效率的計(jì)計(jì)算公式也基本相同。7.

8、3.2 OTL電路實(shí)例分析*7.4 集成功率放大電路簡(jiǎn)介7.4.1集成功率放大器的特點(diǎn)和選選用方法1集成功率放大器的特點(diǎn)（1）體積小，重量輕，外接元件少，調(diào)試簡(jiǎn)單，使 用方便。（2）性能十分優(yōu)良。例如：溫度穩(wěn)定性好，功耗 低，電源利用率高，失真小等。（3）集成功率放大器性能穩(wěn)定，可靠性很高。 2、集成功率放大器的選選用方法( 1 ) 首先根據(jù)需要考慮器件的性能價(jià)格比。 ( 2 ) 要滿足系統(tǒng)對(duì)功率放大器輸出功率的要求。 ( 3 ) 在有特殊要求的場(chǎng)合，如高溫條件，則要選 擇有過(guò)熱閉鎖設(shè)施的集成功率放大器；在高 級(jí)收錄機(jī)和音響設(shè)備中，則要選擇非線性失 真小，頻帶寬，調(diào)諧方便等性能優(yōu)良的功率 放大

9、器。 7.4.2 集成功率放大電路實(shí)例分析1. LM386集成功率放大器及應(yīng)應(yīng)用電電路2. TDA2030集成功率放大器及應(yīng)應(yīng)用電電路*7.5 電路仿真實(shí)例【例7.2】分析OCL功率放大電電路 解：解：利用利用Multisim仿真如圖仿真如圖7.17所示的所示的OCL功率放大電路。圖中功率放大電路。圖中R5為平衡電阻，以彌補(bǔ)為平衡電阻，以彌補(bǔ)NPN和和PNP管電流放大倍數(shù)的差異，使復(fù)合管具有比較接近的輸入阻抗管電流放大倍數(shù)的差異，使復(fù)合管具有比較接近的輸入阻抗。圖圖7.17靜態(tài)調(diào)靜態(tài)調(diào)整 首先將輸入置為零，R8置為最小值（實(shí)際調(diào)試時(shí)必須如此，否則易燒毀輸出管）。慢慢增大R8，使輸出管電流在5m

10、A左右（處于微導(dǎo)通狀態(tài)）。然后調(diào)整R10，使輸出電壓為零。交越失真真 在V1處加入電壓大小合適的正弦信號(hào)，觀察輸出波形，若有交越失真（如圖7.18所示，此時(shí)R8取10，R10取93），可適當(dāng)增大R8，并微調(diào)R10，保證輸入為零時(shí)輸出為零，經(jīng)反復(fù)調(diào)整，可以達(dá)到比較理想的效果。 【仿真圖真圖】 自舉電舉電路 調(diào)整輸入信號(hào)的峰峰值為0.02V，頻率為1KHz時(shí)，并將R8取63，R10取98，輸出信號(hào)峰峰值約為7.8V，失真0.828，如圖7.19所示。若斷開(kāi)自舉電容C4，則輸出峰峰值下降至約3.6V，且失真上升至1.765。若要降低失真，則需增大偏置電阻R8，這會(huì)使電路工作狀態(tài)趨于甲類，電路效率下降

11、，可見(jiàn)，自舉電路可以提高電路的工作效率。 【仿真圖真圖】 圖7.19圖7.18【例例7.3】分析分析OTL功率放大電路功率放大電路解：利用解：利用Multisim仿真如圖仿真如圖7.20所示的所示的OTL功率放大電路。功率放大電路。 圖7.20 靜態(tài)調(diào)靜態(tài)調(diào)整 首先將輸入置為零，R8置為最小值（實(shí)際調(diào)試時(shí)必須如此，否則易燒毀輸出管）。慢慢增大R8，使輸出管電流在5mA左右（處于微導(dǎo)通狀態(tài)）。然后調(diào)整R10，使輸出電壓為零。 交越失真真 在V1處加入電壓大小合適的正弦信號(hào)，觀察輸出波形，若有交越失真（如圖7.21所示，此時(shí)R8取5，R10取98），可適當(dāng)增大R8，并微調(diào)R10，保證輸入為零時(shí)輸出

12、為零，經(jīng)反復(fù)調(diào)整，可以達(dá)到比較理想的效果?！痉抡鎴D】 自舉電舉電路 調(diào)整輸入信號(hào)的峰峰值為0.02V，頻率為1KHz時(shí)，并將R8取63，R10取87，輸出信號(hào)峰峰值約為7.0V，失真0.177，如圖7.22所示?！痉抡鎴D】 圖7.22圖7.21小結(jié) 本章內(nèi)內(nèi)容主線線：功率放大器的功能與作用功率放大器的特點(diǎn)與分類乙類、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及主要性能指標(biāo)計(jì)算集成電路簡(jiǎn)介及應(yīng)用。1.功率放大器的主要功能是向負(fù)載通過(guò)交流功率，帶動(dòng)一定的輸出裝置執(zhí)行動(dòng)作。要求在允許的失真條件下，盡可提高能輸出功率和效率。其主要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率和非線性失真。由于功率放大器工作在大信號(hào)狀

13、態(tài)下，通常采用圖解法對(duì)其進(jìn)行分析。2. 低頻功率放大器的工作狀態(tài)分為甲類、乙類和甲乙類三種。為提高效率，低頻功率放大器通常工作在乙類、甲乙類狀態(tài)，并利用互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu)使其輸出信號(hào)不失真。乙類、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路具有輸出功率大、效率高的特點(diǎn)，在理想情況下，最大輸出效率可達(dá) 78.5% 。但乙類放大電路存在交越失真現(xiàn)象，故實(shí)際電路中通常采用甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路。3.功率放大器最為常用的是OCL和OTL電路，兩者的區(qū)別在于OTL電路中采用單電源供電，并在輸出端增加一個(gè)大電容代替OCL電路中負(fù)電源的作用，因此使用更為方便。但需注意，OTL電路中的每個(gè)功率管的工作電壓為 ，其輸出電壓的最大值也相應(yīng)減小一半。因此，在計(jì)算OTL電路性能指標(biāo)功率、效率等時(shí)，需用 代替OCL電路計(jì)算公式中的 4.為解決大功率管互補(bǔ)配對(duì)問(wèn)題和提高驅(qū)動(dòng)能力，常利用互補(bǔ)復(fù)合管獲得大電流增益和較為對(duì)稱的輸出特性，形成實(shí)際電路中經(jīng)常使用的準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大器。此外，還通過(guò)增加自舉電路，保證輸出電壓正負(fù)半周的良好對(duì)稱性。12CCV12CCVCCV5.由于功率管