模擬電子技術(shù)(第2版)高吉祥課件chapter-7.ppt

1、什么是功率放大器？在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負(fù)載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。,7.1 功率放大電路概述,7.1.1 對功率放大電路的一般要求,例：擴音系統(tǒng),對功率放大電路的要求主要有以下幾方面：,根據(jù)負(fù)載要求，提供所需要的輸出功率。 最大輸出功率：指在正弦輸入信號下，輸出不超過規(guī)定的非線性指標(biāo)時，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有交值的乘積。 在共射接法下：,具有較高的效率。,盡量減小非線性失真。,半導(dǎo)體三極管的散熱問題。,在分析方法，由于晶體管處于大信號下工作，故通常采用圖

2、解法。,7.1.2 功率放大器提高效率的主要途徑,功率放大電路必須考慮效率問題。提高效率的主要途徑就是降低靜態(tài)時的工作電流。,三極管根據(jù)導(dǎo)通時間(導(dǎo)通角)可分為如下幾種常見狀態(tài)。 甲類-三極管360導(dǎo)電； 甲乙類-三極管180360導(dǎo)電 乙類-三極管180導(dǎo)電,靜態(tài)工作Q對放大器工作狀態(tài)的影響如下圖所示：,甲類功放的功率即使在理想情況下其效率最高也只能達(dá)到50%。 怎樣才能使電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號輸出功率呢？ 從甲類放大電路中我們知道，靜態(tài)電流是造成晶體管功耗的主要因素。如果把靜態(tài)工作點Q向下移動，使信號等于零時電源輸出的功率也等于零(或很小)，信號增大時電源供給的功率也隨之增大

3、，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變，也就改變了甲類放大時效率低的狀態(tài)。 工作點降低后分別對應(yīng)為甲乙類和乙類功放。,甲乙類和乙類放大，雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率，但都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真，因此，既要保持靜態(tài)時管耗小，又要使失真不太嚴(yán)重，這就需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。 常見的有無輸出變壓器功放(OTL)和無輸出電容功放(OCL)。,7.2 互補對稱式功率放大電路,取兩個類型不同(NPN和PNP)，但特性相同的晶體管VT1、VT2串接在電路中，使其中一個晶體管工作在輸入信號的正半周期，而另一個晶體管工作在輸入信息的負(fù)半周期，則稱這種工作方式為互補對稱式。,T1、T2兩個管子交替工作

4、，在負(fù)載上得到完整的正弦波。,一、乙類OCL功放工作原理（設(shè)ui為正弦波）,靜態(tài)時：,ui=0V ic1、ic2均=0(乙類工作狀態(tài)) uo=0V,動態(tài)時：,ui 0V,T1截止，T2導(dǎo)通,ui 0V,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ；,iL=ic2,7.2.1 無輸出電容的互補對稱式功率放大器(OCL),乙類OCL功放輸入輸出波形圖,死區(qū)電壓,乙類OCL功放的缺點：存在交越失真,靜態(tài)時:T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、 D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài),動態(tài)時:設(shè) ui 加入正弦信號。正半周 T2 截止，T1 基極電位進一步提高，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；

5、負(fù)半周T1截止，T2 基極電位進一步降低，進入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。,二、甲乙類OCL功放工作原理,特點：存在較小的靜態(tài)電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真,甲乙類OCL功放輸入輸出波形圖,帶前置放大級的OCL互補輸出功率放大器,帶復(fù)合管的OCL互補輸出功放電路：,T1：電壓推動級(前置級)。,T2、R1、R2：UBE擴大電路,T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補對稱功放。,輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。,合理選擇R1、R2，b3、b5之間可得到 UBE2 任意倍的電壓。,電路中增加復(fù)合管,增加復(fù)合管的目的：擴大電流的驅(qū)動能力。, 1 2,晶體

6、管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。,復(fù)合NPN型,復(fù)合PNP型,基本原理,.單電源供電；,.輸出加有大電容。,(1)靜態(tài)偏置,調(diào)整RW阻值的大小，可使：,此時電容上電壓,7.2.2 無輸出變壓器互補對稱式功率放大器(OTL),(2)動態(tài)分析,(電容起到了負(fù)電源的作用),Ui負(fù)半周時，T1導(dǎo)通、T2截止；,Ui正半周時，T1截止、T2導(dǎo)通。,總結(jié)：互補對稱功放的類型,7.2.3 橋式推挽功率放大電路(BTL),圖中四只晶體管特性對稱，靜態(tài)時均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載上電壓為零。 當(dāng)ui0時，VT1和VT4管 導(dǎo)通，VT2和VT3管截止， 電流如圖中實線所示， 負(fù)載上獲得正半周電壓； 當(dāng)ui0時，VT

7、2和VT3管 導(dǎo)通，VT1和VT4管截止， 電流如圖中虛線所示， 負(fù)載上獲得負(fù)半周電壓。,7.2.4 互補對稱式功率放大器的效率,功率放大器的效率公式為：,先求Pomax：,再求PE：,OTL電路：,理想情況下：,得：,OCL電路：,7.3 集成功率放大電路,LM386是一種音頻集成功放，具有自身功率低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點。,7.3.1 集成功率放大器LM386簡介,1.LM386內(nèi)部電路,第一級為差分放大電路，VT1和VT3、VT2和VT4分別構(gòu)成復(fù)合管，作為差分放大電路的放大管；,VT5和VT6組成鏡像電流源作為VT1和VT2的有源負(fù)載；信號從V

8、T3和VT4管的基極輸入，從VT2管的集電極輸出，為雙端輸入單端輸出差分電路。 第二級為共射放大電路，VT7為放大管，恒流源作有源負(fù)載，以增大放大倍數(shù)。 第三級中的VT8和VT9管復(fù)合成PNP型管，與NPN型管VT10構(gòu)成準(zhǔn)互補輸出級。二極管VD1和VD2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。 利用瞬時極性法可以判斷出，引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端；電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端(引腳5)應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。,電阻R7從輸出端連接到VT2的發(fā)射級，形成反饋通路，并與R4和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)。從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個電路具有穩(wěn)定的電壓增益。,2.LM3

9、86的電壓放大倍數(shù),當(dāng)引腳1和8之間開路時，由于在交流通路中VT1管發(fā)射要近似地，R4和R6上的動態(tài)電壓為反饋電壓，近似等于同相輸入端的輸入電壓。即為二分之一差模輸入電壓，于是可得：,反饋系數(shù)：,電路的電壓放大倍數(shù)：,根據(jù)圖中數(shù)據(jù)代入可得：Au20。,當(dāng)引腳1和8之間外接電阻R時，則：,當(dāng)引腳1和8之間對交流信號相當(dāng)于短路時，有：,根據(jù)圖中數(shù)據(jù)代入可得：Au200。,Au的調(diào)節(jié)范圍為20200,實際上在引腳1和5(即輸出端)之間外接電阻也可改變電路的電壓放大倍數(shù)。 應(yīng)當(dāng)指出，在引腳1和8(或者引腳1和5)外接電阻時，應(yīng)只改變交流通路，所以必須在外接電阻回路中串聯(lián)一大容易電容。 LM386的外形

10、和引腳的排列如下圖所示：,7.3.2 集成功率放大電路的應(yīng)用,1.集成OTL電路的應(yīng)用,上圖電路中：C1為輸出電容。由于引腳1和8開路，集成功放的電壓增益為26dB，即電壓放大倍數(shù)為20。利用電位器RP調(diào)節(jié)揚聲器音量。R和C2串聯(lián)構(gòu)成校正網(wǎng)絡(luò)用來進行相位補償。,上圖電路中：C3使引腳1和8在交流通路中短路，使Au200；C4為旁路電容；C5為去耦電容，濾掉電源的高頻交流成分。,上圖電路中：R2改變了LM386的電壓增益。,TDA1521為2通道OCL電路，可作為立體聲擴音機左、右兩個聲 道的功放。其 內(nèi)部引入深度 電壓串聯(lián)負(fù)反 饋，閉環(huán)電壓 增益為30dB， 并具有待機、 靜噪功能以及 短路和過熱保 護等。,2.集成OCL電路的應(yīng)用,TDA1556為2通道BTL電路，可作為立體聲擴音機左、右兩個聲 道的功放。兩個通道的組成完全相同，其內(nèi)部具 有待機、靜噪 功能，并有短 路、電壓反向、 過電壓、過熱 和揚聲器保護 等。,3.集成BTL電路的應(yīng)用,功率放大器的特點：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。 常用的互補型功放電路有OTL電路和OCL電路 OTL互補對稱電路省去了輸出變壓器，但輸出端需要一個大電容和用一個NPN和一個PNP管接成對稱形成。 OCL互補對稱電路將輸出端的大電容也省去，改善了電路的低頻響應(yīng)，且有利于