模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)04功率放大電路

2023/2/31第4章功率放大電路2023/2/32基本要求掌握乙類(lèi)功放的工作原理和功率參數(shù)計(jì)算及存在的問(wèn)題以及甲乙類(lèi)功放電路的構(gòu)成；了解功率放大電路的特殊問(wèn)題——效率和失真以及解決這類(lèi)問(wèn)題的方法；了解集成功放及其應(yīng)用。2023/2/33要解決的主要問(wèn)題從技術(shù)上為什么需要功率放大如何設(shè)計(jì)低頻功率放大器從教學(xué)上功率放大器的技術(shù)特點(diǎn)是什么乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)功率放大電路原理及分析方法甲乙類(lèi)互補(bǔ)功率放大電路原理及分析方法集成功放簡(jiǎn)介2023/2/344.1功率放大電路的一般性問(wèn)題

功率放大電路一般在多級(jí)放大電路的輸出級(jí)，主要作用是在不失真或輕微失真的前提下，盡可能地提供幅度較大的電壓與電流，以推動(dòng)負(fù)載如揚(yáng)聲器發(fā)聲、電機(jī)旋轉(zhuǎn)、繼電器動(dòng)作、指示儀表偏轉(zhuǎn)等。用于向負(fù)載提供功率的放大器稱(chēng)為功率放大電路。4.1.1對(duì)功率放大電路的基本要求

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使輸出信號(hào)電壓幅度大；輸出信號(hào)電流幅度大；放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。2023/2/351.功率放大器與電壓放大器的區(qū)別

電壓放大器要求負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)；功率放大器則要求獲得足夠的不失真的輸出功率。功率放大電路必須考慮效率問(wèn)題。為了降低靜態(tài)工作點(diǎn)電流，三極管從甲類(lèi)工作狀態(tài)改為乙類(lèi)或甲乙類(lèi)工作狀態(tài)。此時(shí)雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問(wèn)題。如果不能解決乙類(lèi)狀態(tài)下的失真問(wèn)題，乙類(lèi)工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路較好地解決了乙類(lèi)工作狀態(tài)下的失真問(wèn)題。2023/2/362.功率放大器的特殊問(wèn)題1）要求輸出功率盡可能大：因此放大器件工作在極限運(yùn)用狀態(tài)。2）要求效率高：需要考慮減小功耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。3）非線性失真要小。減小非線性失真與曾大輸出功率是功率放大器的一對(duì)矛盾。4）解決功率放大器件的散熱問(wèn)題。2023/2/373．低頻功率放大器的特點(diǎn)和要求1)在不失真的前提下盡可能地輸出較大功率；2)具有較高的效率；3)存在非線性失真，應(yīng)非線性失真；4)考慮放大器件的安全，要加裝散熱和保護(hù)裝；5)放大器件在大信號(hào)條件下工作，采用圖解法分析。2023/2/384.1.2提高功率放大電路效率的主要途徑

為提高效率、降低損耗，應(yīng)從兩方面考慮：一是增加放大電路的動(dòng)態(tài)工作范圍來(lái)增加輸出功率；二是減少電源供給的功率，即在一定時(shí)減小靜態(tài)電流，也就是將靜態(tài)工作點(diǎn)沿交流負(fù)載線下移?？芍β史糯笃魈岣咻敵龉β实耐緩剑簻p小放大管的集電極損耗！由

2023/2/391．工作狀態(tài)分類(lèi)根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置不同可分以下幾類(lèi)。(1)甲類(lèi)放大電路特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗大b.能量轉(zhuǎn)換效率低c.放大管的導(dǎo)通角θc=π靜態(tài)工作點(diǎn)位置集電極電流波形2023/2/310甲類(lèi)功率放大器2023/2/311(2)乙類(lèi)放大電路特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗b.能量轉(zhuǎn)換效率高c.輸出失真大d.放大管的導(dǎo)通角2θC=π靜態(tài)工作點(diǎn)位置集電極電流波形2023/2/312(3)甲乙類(lèi)放大電路特點(diǎn)a.靜態(tài)功耗較小b.能量轉(zhuǎn)換效率較高c.輸出失真較大d.放大管的導(dǎo)通角π<2θC<2π靜態(tài)工作點(diǎn)位置集電極電流波形2023/2/313甲類(lèi)：三極管(2C=)360°導(dǎo)電甲乙類(lèi)：三極管(2C=)180°～360°導(dǎo)電乙類(lèi)：三極管(2C=)180°導(dǎo)電丙類(lèi)：三極管(2C=)<180°導(dǎo)電2023/2/3144.2乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

4.2.1無(wú)輸出電容的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（OCL）

2023/2/3154.2.1無(wú)輸出電容的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路電路特點(diǎn)：(1)晶體管T1、T2特性對(duì)稱(chēng)；(2)電源對(duì)稱(chēng)；(3)T1、T2射極輸出。2023/2/3161.工作原理設(shè)ui=Uimsinta.當(dāng)ui=0時(shí)uo=0T1、T2截止靜態(tài)功耗為零2023/2/317b.ui>0時(shí)T1導(dǎo)通T2截止電流io方向輸入信號(hào)uiuo≈uic.ui<0時(shí)T1截止T2導(dǎo)通電流io方向輸入信號(hào)uiuo≈ui2023/2/318輸出幅值為

T1通T2通Uopp=2(UCC

–

UCES)2023/2/3194.2.2功率參數(shù)分析1.輸出功率由圖4-3、圖4-4可知，（4-2）當(dāng)輸出且波形不失真時(shí)，最大值為

（4-3）設(shè)故最大不失真輸出功率為：

(忽略)2023/2/320（4-4）2.管耗

2023/2/321（4-6）（4-5）兩管總損耗令2023/2/3223.直流電源提供的功率平均集電極電流IC(AV)為兩個(gè)電源供給的總電源功率直流電流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供給負(fù)載，故有（4-7）（4-8）式中

為電源在一個(gè)周期內(nèi)提供的平均電流。2023/2/3234.集電極效率

功率放大電路的效率是輸出功率和電源供給功率之比。(4-9)輸出信號(hào)越大，效率越高，當(dāng)

時(shí)，效率最大。

當(dāng)時(shí)2023/2/3245.功率管的選擇

【例4-1】2023/2/3254.2.3單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（OTL）

電容C起負(fù)電源–UCC的作用2023/2/3262023/2/3274.3甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

4.3.1乙類(lèi)功放的交越失真

a.產(chǎn)生失真的原因晶體管存在死區(qū)電壓b.失真的現(xiàn)象

當(dāng)ui小于晶體管的死區(qū)電壓時(shí)，T1、T2都截止。輸出電流出現(xiàn)一段“死區(qū)”2023/2/3280tiCiBuBE0uit0交越失真在兩個(gè)管子交替工作區(qū)域出現(xiàn)的失真稱(chēng)為交越失真輸入信號(hào)輸出信號(hào)交越失真的產(chǎn)生2023/2/3294.3.2消除交越失真的常用方法

給功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類(lèi)工作狀態(tài)。1）甲乙類(lèi)互補(bǔ)推挽電路a.利用二極管提供偏壓二極管提供偏壓，使T1、T2呈微導(dǎo)通狀態(tài)2023/2/3302）利用擴(kuò)大電路實(shí)現(xiàn)偏置圖中2023/2/3314.3.3單電源甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)（OTL）功率放大電路

圖4-9所示是有推動(dòng)級(jí)的單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)（OTL）功率放大電路。2023/2/332當(dāng)溫度升高時(shí)，的穩(wěn)定過(guò)程如下溫度2023/2/333【例4-2】鏈接2023/2/3344.4集成功率放大器及其應(yīng)用

4.4.1TDA2006集成功率放大器簡(jiǎn)介

一般集成功放內(nèi)部電路原理和將要介紹的集成運(yùn)算放大器相似，TDA2006也不例外，內(nèi)部包含輸入級(jí)、中間