1、(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。,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,Rt,T,UO,室温T,Ub,UO1,(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
2、超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。,(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。,(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:,射极输出器能否做功率放大?,(8-8),射极输出器效率的估算:,(设RL=RE),(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,直流负载线,交流负载线,UCEQ = 0.
3、5USC,静态工作点:,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),放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。,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),OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互补对称:电路中采用两支晶体管
4、,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:,1. 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),动态分析:,ui 0V,T1截止,T2导通,ui 0V,T1导通,T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、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
5、-15),乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,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。,(8-16),(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。,负载上得到的最大功率为:,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:,(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:,USC
6、1 =USC2 =USC,(8-19),效率为:,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,ui uT时晶体管截止。,(8-21),克服交越失真的措施:,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),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。
7、从而克服死区电压 的影响,去掉交越失真。,(8-23),甲乙类放大的波形关系:,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。,(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,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I IB,则,(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:,方式一:,(8
8、-26), 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二:,(8-27),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。,(8-28),第4级:互补对称射极跟随器,第3级:单管放大器,集成运放内部的功率放大输出级,(8-29),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,,令:,(8-30),三、动态分析,设输入端在 0.5U
9、SC 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。,时,T1导通、T2截止;,(8-31),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:,(8-32),实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=0.5USC,D1 、 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12,射极负反馈电阻,也起限流保护作用。,(8-33),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);
10、(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,(8-34),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:,(8-35),输出功率的估算:,输出电压的最大值约为
11、 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)。,(8-36),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,(8-37),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 -
12、输出端(经500 电容接负载),1 - 接旁路电容(5 ),9、13 - 空脚(NC),(8-38),集成功放 LM384 外部电路典型接法:,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,(8-39),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,根据公式,需电源电压:,90V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= K2 RL),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。,(8-40),(变阻抗),变压器原、副边阻抗关系,
13、从原边等效:,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。,(8-41),二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,放大器:由两个共射极放大器组成,两个三极管的射极接在一起。,(8-42),输入变压器:将输入信号分成两个大小相等的信号,分别送两个放大器的基极,使 T1、T2 轮流导通。,输出变压器:将两个集电极输出信号合为一个信号,耦合到副边输出给负载。,(8-43),2. 动、静态分析,静态分析:,ui = 0 , T1、T2 均截止,iL = 0 。,变压器线圈对于直流相当于短路。,(8-44),动态分析:,ui 0 时: T1导通、T2 截止,ic1 经变压器耦合给负载,iL的方向由 ic1决定。,若ui 为正弦信号,则 iL近似为正弦波。,ui 0 时: T2导通、T1截止,ic2 经变压器耦合给负载,iL的方向由 ic2决定。,T1、T2都只在半个周期内工作,存在交越失真。,(8-45),3. 输出功率及效率,分析方法和前述互补对称功放电路类似,请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL。,(8-46),三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,Rb1、 Rb2、 Re 的作用:克服交越失真。,(8-47),第八章 结束,电子技术,模拟电路部分,