第7章 功率放大電路

1、第七章 功率放大電路,國家級精品課程,《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》編寫組,第七章 功率放大電路,7.1 功率放大電路的一般問題7.2 互補推挽功率放大電路　 7.3 丁類音頻功率放大器7.４ 集成功率放大器7.5 功率器件,7.1 功率放大電路的一般問題,,,例： 擴音系統(tǒng),功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,放大器方框圖如下：,由電壓放大電路

2、組成，不失真地 提高信號電壓幅度,保證信號失真在允許范圍，提高輸出功率，以驅(qū)動負載,7.1 功率放大電路的一般問題,（1）Pom大(Uom, Iom)。 （2）管子工作于極限狀態(tài)PCM、 ICM 、UBR(CEO)（3）電路工作于大信號——圖解法分析。（4） η高，失真小。,一、功率放大電路的主要特點,負載上有用信號功率 。,電源輸出功率 。,二、提高效率途徑,甲乙類放大——半個周期以上有電流。,既降Q又不失真：采用推挽輸出

3、電路，或互補對稱射極輸出器。,甲類放大——整個周期內(nèi)均有電流。 失真小， η低,乙類放大——半個周期導通有電流。失真大， η高,7.2 互補推挽功率放大電路,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。,類型：,7.2.1 乙類互補對稱功率放

4、大電路,一、 電路結(jié)構(gòu)特點,1. 由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。,2. 雙電源供電。,3. 輸出端不加隔直電容（OCL）。,,動態(tài)分析：,ui ? 0V,,T1截止，T2導通,,ui > 0V,,T1導通，T2截止,iL= ic1 ;,,iL=ic2,T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作，為乙類放大。,靜態(tài)分析：,ui = 0V ? T1、T2均不工作

5、 ? uo = 0V,二、 電路工作原理,三、分析計算,靜態(tài)Q：,UCE1 = VCC , UCE2 = -VCC,IC1 = IC2 = 0,動態(tài)：,（1）交流負載線斜率為-1/RL,為分析方便，如圖曲線倒置成Q點重合,負載斜率相等且都通過Q點，那么合成的負載線成圖示的一條直線。,（2） Uom = Ucem = Uim Iom = Icm = Uom/RL,（3） Uom(max) = Ucem(max

6、) = VCC －Uces ≈ VCC,參數(shù)估算,(1) 輸出功率Po ：,最大不失真輸出功率為：,(2)直流電源供給功率PV :,(3)效率? :,(4)管耗 ：,兩管管耗,最大管耗,此時,,總結(jié)：,,歸一化曲線圖 (動畫),四、晶體管選擇：,(1) PCM >0.2Pomax;,(2)|U(BR)CEO>2VCC；,(3)ICM>VCC/RL,設(shè) ， ，計算：（1）若輸入信號

7、有效值為10V，求電路的Po、PV和效率及單管管耗。（2）若 ，且輸入幅值足夠大，求負載可能得到的最大功率和效率。（3）求每個管子的極限參數(shù)。（4）若 ，且輸入幅值足夠大，求負載可能得到的最大功率和效率。,例7.2.1 乙類OCL參數(shù)估算,,,,,,解：,（1）,例7.2.1 乙類OCL參數(shù)估算,,,,,,,解：,（2）,例7.2.1 乙類OCL參數(shù)估算,,,,,,,,,（3）,,,,解：,（

8、4）,例7.2.1 乙類OCL參數(shù)估算,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,死區(qū)電壓,交越失真：輸入信號 ui在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。,五、交越失真,一、 克服交越失真電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,靜態(tài)時: T1、T2均處于微弱導通狀態(tài)；,動態(tài)時： 設(shè)ui 加正弦信號 正半周 T2 截止，T1 導通； 負半周T1截止，T2 導通。,7.2.2 甲乙類互補對稱功率放大電路,D1、D2兩二極管

9、可以用UBE電壓倍增電路替代。,二、 UBE電壓倍增電路,合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到 UBE 任意倍數(shù)的電壓。,圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I >>IB，則,7.2.3 準互補對稱功率放大電路,1. 增加復(fù)合管的目的：擴大電流的驅(qū)動能力。,2. 復(fù)合管的構(gòu)成方式：,,方式一：,一、復(fù)合管,,?? ? ?1 ?2,晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。,方式二：,,復(fù)合管的幾種接法,,T

10、1：電壓推動級,T2、R1、R2： UBE倍增電路,T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級,準互補,輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。,二、準互補對稱功率放大電路,,,,,第4級：互補對稱射極跟隨器,第3級：單管放大器,集成運放內(nèi)部的功率放大器,7.2.4 單電源互補對稱功率放大電路,,一、特點,1. 單電源供電；,2. 輸出加有大電容。,二、靜態(tài)分析,則 T1、T2

11、特性對稱，,?,令：,三、動態(tài)分析,設(shè)輸入端在 0. 5 VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號。,若輸出電容足夠大， UC基本保持在0.5VCC 。 負載上得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。,時，T1導通、T2截止；,四、輸出功率及效率,若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：,實用OTL互補輸出功放電路,調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5VCC,D1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降，克服交

12、越失真。,Re1 、 Re2：電阻值1~2?，射極負反饋電阻，也起限流保護作用。,7.３丁類音頻功率放大器,丁類功放：放大元件處于開關(guān)工作狀態(tài)。無信號輸入時截止；有信號輸入時飽和。　　優(yōu)點：效率高，發(fā)熱少?！　∵m用于電池供電的便攜式電子設(shè)備及大功率電子設(shè)備中，提供音頻功率，也稱音頻放大器，或稱數(shù)字音頻放大器,7.３丁類音頻功率放大器,PWM調(diào)制器：將模擬音頻信號變成一系列寬度受到調(diào)制的等幅脈沖信號。開關(guān)輸出級：把調(diào)制器輸出的PWM

13、信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號。低通濾波器：將大功率PWM波形中的音頻信號還原出來。,一、 電路組成,7.３丁類音頻功率放大器,二、工作原理,7.３ 丁類音頻功率放大器,（１）效率高：理想情況下可達100％。　　導通：電流很大但壓降很??；　　截止：承受的壓降很大但電流很小?！　o論導通還是截止，管耗均很小。（2）失真小　　原始音頻信號的信息包含在脈沖信號的寬度中（非幅度；放大過程中脈沖信號幅度上的失真并不會使原始音

14、頻信號產(chǎn)生失真。,三、特點,７.4 集成功率放大器,特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當連線，即可向負載提供一定的功率。,7.4.1 集成功放LM384：,生產(chǎn)廠家：美國半導體器件公司,電路形式：OTL,輸出功率：8?負載上可得到5W功率,電源電壓：最大為28V,集成功放 LM384管腳說明:,14 -- 電源端（ Vcc）,3、4、5、7 -- 接地端（ GND）10、11、12 -- 接地端（GND）,2、6 --

15、 輸入端 （一般2腳接地）,8 -- 輸出端 （經(jīng)500? 電容接負載）,1 -- 接旁路電容（5 ?）,9、13 -- 空腳（NC）,集成功放 LM384 外部電路典型接法：,調(diào)節(jié)音量,電源濾波電容,外接旁路電容,低通濾波,去除高頻噪聲,輸入信號,輸出耦合大電容,７.4 集成功率放大器,7.4.2 集成音頻放大器MAX9712：,生產(chǎn)廠家：MAXIM公司,電路形式：丁

16、類音頻放大器,輸出功率：8?負載上可得到500mW功率,效率：高于85％,音頻放大器MAX9712管腳說明:,1-- 電源端（ VDD）,4 -- 接地端（ GND）,2、3 – 同、反相 輸入端,8、９ -- 輸出端,５ -- 關(guān)斷輸入,10、7 -- H橋電源和功率地,６ --頻率選擇及外部時鐘輸入,兩個MAX9712可組成立體聲放大器,使兩個器件的開關(guān)頻率同步,主器件,從器件,本章小結(jié),（1） 在電源電壓確定的情況下，功放的

17、組成原則是在失真允許的范圍內(nèi)盡可能地提高輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。（2）由于功放管工作在大信號極限狀態(tài)，通常采用圖解法分析（3）低頻功放管常見的工作狀態(tài)有甲類、乙類、甲乙類。其中乙類的轉(zhuǎn)換效率高。為進一步提高效率，還可使功放管工作于丁類放大狀態(tài)。,本章小結(jié),（4）乙類OCL的參數(shù)估算：,,本章小結(jié),（5）乙類OCL的功放管的選擇：,PCM >0.2Pomax;,U(BR)CEO>2VCC；,ICM>VCC/RL,本章小結(jié)

18、,（6）乙類的OCL電路存在交越失真，可使管子工作在甲乙類（盡量接近乙類），但參數(shù)估算仍按乙類的有關(guān)公式。（7）OTL電路參數(shù)估算需將乙類OCL的公式中所有VCC用0.5VCC代替。 （8）丁類放大器效率高，發(fā)熱少，特別適合用于電池供電的便攜式電子設(shè)備及大功率電子設(shè)備中，用于放大音頻信號。,本章小結(jié),（9）集成功率放大器具有失真度小、效率高、功能齊全、有保護功能，外接元件少、易于安裝使用等特點，在音響設(shè)備、電視設(shè)備及自動控制設(shè)備中得