8功率放大器.

(8-1)电子技术第八章功率放大器模拟电路部分(8-2)第八章功率放大器§8.1概述§8.2互补对称功率放大电路§8.3实际功放电路§8.4集成功率放大器§8.5变压器耦合式功放电路(8-3)例1：扩音系统功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取§8.1概述(8-4)例2：温度控制R1-R3:标准电阻Ua:基准电压Rt:热敏电阻A：电压放大器RtTUO室温T温度调节过程UbUO1uoR1aR2Usc+R3Rt功放b温控室A+-uo1加热元件(8-5)分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM、UCEM、PCM。ICMPCMUCEMIcuce(8-6)(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(3)电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。%100maxEoPP(8-7)射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为什么？解释如下：问题讨论RbuoUSCuiibRE射极输出器能否做功率放大？(8-8)RbuoUSCuiRE射极输出器效率的估算：(设RL=RE)uotuoibQicuceUSCESCRU(8-9)若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：uo的取值范围QicuCEUSCESCRU直流负载线交流负载线UCEQ=0.5USC静态工作点：ESCESCCQR2URU5.0ISCoUU5.0max为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真，如下图所示。(8-10)TCSCEdtiUTP01LSCLSCLomORURURUP825.02222maxmax%25maxmaxEOPP放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。)sin(tIIiIicmCQcCQCLSCCQSCTCSCTCSCERUIUdtiTUdtiUTP212001.直流电源输出的功率2.最大负载功率3.最大效率(RL=RE时)(8-11)如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。(8-12)互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型：§8.2互补对称功率放大电路(8-13)8.2.1无输出电容的互补对称功放电路（OCL电路）一、工作原理（设ui为正弦波）电路的结构特点：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2.双电源供电。3.输入输出端不加隔直电容。(8-14)ic1ic2动态分析：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。因此，不需要隔直电容。静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0V(8-15)乙类放大的输入输出波形关系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死区电压uiuouou´o´tttt交越失真：输入信号ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。交越失真(8-16)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。乙类放大的特点：(8-17)二、最大输出功率及效率的计算假设ui为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max(8-18)电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：USC1=USC2=USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122tic1LSCRU(8-19)%5.7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率为：LSCLSCSCEEERURUUPPP22122LSCLSCSCoRURUUP21222max结论：OCL电路效率较高；电流、电压波形存在失真。(8-20)三、电路的改进1.克服交越失真交越失真产生的原因：在于晶体管特性存在非线性，uiuT时晶体管截止。iBiBuBEtuitUT(8-21)克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。电路中增加R1、D1、D2、R2支路。(8-22)R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大”。动态时设ui加入正弦信号。正半周，T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，T1截止，T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。(8-23)uB1tUTtiBIBQ甲乙类放大的波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ(8-24)为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。2.UBE电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数的电压。以满足不同电路克服交越失真的需要。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设IIB，则221RRRUUBE(8-25)3.电路中增加复合管增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：bcccbcbebbciiiiiiiiiii)1(,,)1(,1212122211211(8-26)becibic12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效后晶体管的性能确定均如下：(8-27)cebT1ibT1(8-28)改进后的OCL准互补输出功放电路：T1：电压推动级T1、R1、R2：UBE倍增电路T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6(8-29)-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4级：互补对称射极跟随器差动放大器第2级第1级：差动放大器第3级：单管放大器集成运放内部的功率放大输出级(8-30)8.2.2无输出变压器的互补对称功放电路（OTL电路）一、特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。二、静态分析则T1、T2特性对称，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC(8-31)三、动态分析设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，UC基本保持在0.5USC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；2SCiUu时，2SCiUuT1截止、T2导通。0.5USCuit(8-32)四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax、LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5.784maxELPPuLULmaxui2SCUtt(8-33)实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态UAQ=0.5USCD1、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A(8-34)这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有：(1)恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；(2)偏置电路（R1、D1、D2）；(3)恒流源负载（T5）；(4)OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；(5)负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；(6)共射放大级（T4）；(7)校正环节（C5、R4）；(8)UBE倍增电路（T6、R2、R3）；(9)调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。§8.3实际功放电路(8-35)+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的OCL准互补功放电路：(8-36)输出功率的估算：输出电压的最大值约为19.7V，设负载RL=8则最大输出功率为：实际输出功率约为20W。注：该实用功放电路的详细分析计算请参考《模拟电子技术基础》（童诗白主编）。W3.248127.192maxP(8-37)特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放LM384：生产厂家：美国半导体器件公司电路形式：OTL输出功率：8负载上可得到5W功率电源电压：最大为28V§8.4集成功率放大器(8-38)集成功放LM384管脚说明:14--电源端（Vcc）3、4、5、7--接地端（GND）10、11、12--接地端（GND）2、6--输入端（一般2脚接地）8--输出端（经500电容接负载）1--接旁路电容（5）9、13--空脚（NC）(8-39)集成功放LM384外部电路典型接法：500-+0.12.78146215Vccui8调节音量电源滤波电容外接旁路电容低通滤波,去除高频噪声输入信号输出耦合大电容(8-40)利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。一、特点例：OCL电路中，若RL=80、需要输出功率PO=50W。根据公式LSCoRUP22max需电源电压：V9025080SCU90V的电压对电子电路显然不合适。§8.5变压器耦合式功放电路利用变压器阻抗变换关系（RL´=K2RL），通过改变变压器的匝数比K，使电路得到合适的负载，便可解决以上问题。LSCLSCLRUIUUmaxmax(8-41)（变阻抗）1i1u2u2iLR1N2N变压器原、副边阻抗关系LLRKR222IURL从原边等效：22222211KRKIUKIKUIURLL结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。(8-42)二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器1.原理电路uiT2T1R