第7章功率放大电路.ppt

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1、第七章第七章 功率放大电路功率放大电路国家级精品课程国家级精品课程模拟电子技术基础教程模拟电子技术基础教程编写组编写组第七章第七章 功率放大电路功率放大电路7.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题7.2 互补推挽功率放大电路互补推挽功率放大电路 7.3 丁类音频功率放大器丁类音频功率放大器7.集成功率放大器集成功率放大器7.5 功率器件功率器件7.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器

2、发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取放大器方框图如下：放大器方框图如下：负载负载(换能器换能器)前前 置置 放大器放大器 功功 率率 放大器放大器信号源 由电压放大电路组成，由电压放大电路组成，不失真地不失真地 提高信号电压幅度提高信号电压幅度 保证信号失真在允许范围，保证信号失真在允许范围，提高输出功率，以驱动负载提高输出功率，以驱动负载7.1 7.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题（1）Pom大大(Uom,Iom)。（2）管子工作于极限状态）管子工作于极限状态PCM、ICM、UBR(CEO)（3）电路工作于大信号）

3、电路工作于大信号图解法分析。图解法分析。（4）高高，失真小。失真小。一、功率放大电路的主要特点一、功率放大电路的主要特点%100 VoPP 负载上有用负载上有用信号功率信号功率。电源输出功电源输出功率率。二、提高效率途径二、提高效率途径甲乙类放大甲乙类放大半个半个周期以上有电流周期以上有电流。iC/mA t0iC/mAuCE/VQ0iC/mA t0iC/mAuCE/VQ00iC/mA tiC/mAuCE/VQ0既降既降Q又不失真：又不失真：采用采用推挽输出电路，或推挽输出电路，或互补对称射极输出器。互补对称射极输出器。甲类放大甲类放大整个周整个周期内均有电流。期内均有电流。失真小，失真小，低低

4、乙类放大乙类放大半个周半个周期导通有电流。期导通有电流。失真大，失真大，高高RB+VCCC1C2RERLuiuo+VCCRLuiuo7.2 互补推挽功率放大电路互补推挽功率放大电路 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称：互补对称：电路中采用两支晶体管，电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。各一支；两管特性一致。类型：类型：7.2.1 乙类互补对称功率放大电路乙类互

5、补对称功率放大电路一、一、电路结构特点电路结构特点ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL1.由由NPN型、型、PNP型三极型三极管构成两个对称的射极管构成两个对称的射极输出器对接而成。输出器对接而成。2.双电源供电。双电源供电。3.输出端不加隔直电容输出端不加隔直电容（OCL）。）。ic1ic2动态分析：动态分析：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作，为两个晶体管都只在半个周期内工作，为乙类放大乙类放大。静态分析：静态分析：ui=0V T1、T2均

6、不工作均不工作 uo=0V二、二、电路工作原理电路工作原理三、分析计算三、分析计算静态静态Q：UCE1=VCC,UCE2=-VCC IC1=IC2=0 动态：动态：（1）交流负载线斜率为）交流负载线斜率为-1/RL为分析方便，为分析方便，如图曲线倒置如图曲线倒置成成Q点重合点重合负载斜率相等负载斜率相等且都通过且都通过Q Q点，点，那么合成的负那么合成的负载线成图示的载线成图示的一条直线。一条直线。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL（2）Uom=Ucem=Uim Iom=Icm=Uom/RL（3）Uom(max)=Ucem(max)=VCC Uces VCC 参数估算(1)输出功率输出功

7、率Po：L2CCL2om(max)omax221RVRUP L2omomomooo2122RUUIUIP 最大不失真输出功率为最大不失真输出功率为：(2)直流电源供给功率直流电源供给功率PV:2)(02212LCComC1CCVRVUtdiVP L2CCVmax2RVP (3)效率效率 :CComVO4VUPP%5.7844CCCCmax VV(4)管耗管耗：oVTPPP )4(22omomCCLUUVR 两管管耗两管管耗T2T1T=PPP T2T1PP)4(12omomCCLUUVR 最大管耗最大管耗omT1max2.0PP CCCCom64.02VVU 此时此时总结：总结：L2omo2RU

8、P 2LCComVRVUP VOPP oVTPPP L2om(max)omax21RUP LCCmaxVmax2RVUPom%5.784max CComVU omT1max2.0PP CCom64.0VU ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL归一化曲线图归一化曲线图(动画动画)四、晶体管选择四、晶体管选择：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1UCE2 0+VCC(1)PCM 0.2Pomax;(2)|U(BR)CEO2VCC；(3)ICMVCC/RL设设 ，计算：，计算：（1 1）若输入信号有效值为）若输入信号有效值为10V10V，求电路的，求电路的P Po o、P P

9、V V和效率和效率及单管管耗。及单管管耗。（2 2）若）若 ，且输入幅值足够大，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。求负载可能得到的最大功率和效率。（3 3）求每个管子的极限参数。）求每个管子的极限参数。（4 4）若）若 ，且输入幅值足够大，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。求负载可能得到的最大功率和效率。例例7.2.1 乙类乙类OCL参数估算参数估算ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLV20CCV 8LR0satCEUV2satCEU解：解：（1 1）例例7.2.1 乙类乙类OCL参数估算参数估算V10iUV210imomUUW5.128221022L2om

10、oRUPW5.22814.32021022LCComVRVUP%6.555.225.12VoPPW55.125.225.05.0oVT1PPPui-VCCT1T2uo+VCCRLiL解：解：（2 2）例例7.2.1 乙类乙类OCL参数估算参数估算W25822022L2CComaxRVP%5.784max（3 3）W5252.02.0omaxCMPPA5.2820LCCCMRVIV402022CCCEOBR VUui-VCCT1T2uo+VCCRLiL解：解：（4 4）例例7.2.1 乙类乙类OCL参数估算参数估算V18220satCECCmaxomUVU W25.20821822L2maxom

11、omaxRUPW66.28814.3201822LCCmaxomVmaxRVUP%7.7066.2825.20VmaxomaxmaxPPui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui-VCCT1T2uo+VCCRLiL交越失真交越失真死区电压死区电压uiuouou otttt交越失真：交越失真：输入信号输入信号 ui在过零在过零前后，输出信号出现的失真便前后，输出信号出现的失真便为交越失真。为交越失真。五、交越失真五、交越失真一、一、克服交越失真克服交越失真电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。支路。R1D1D2R2+VCC-VCCULuiiLRLT1T2 静态时静态时:T1、T2均

12、处于微弱导通均处于微弱导通状态；状态；两管导通时间均比半个周期大一些，为两管导通时间均比半个周期大一些，为“甲乙类放甲乙类放大大”。动态时：动态时：设设ui 加正弦信号加正弦信号 正半周正半周 T2 截止，截止，T1 导通；导通；负半周负半周T1截止，截止，T2 导通。导通。7.2.2 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路D1、D2两二极管可以用两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。电压倍增电路替代。二、二、UBE电压倍增电路电压倍增电路B1B2+-BER1R2UIBI 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、B2间便可得到间便可得到 UBE 任意倍数的任意倍数的电压。电压

13、。图中图中B1、B2分别接分别接T1、T2的基极。假设的基极。假设I IB，则则221RRRUUBE 7.2.3 准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路1.增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。2.复合管的构成方式：复合管的构成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：方式一：211212122211211)1(,)1(,bcccbcbebbciiiiiiiiiii一、复合管一、复合管 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。方式二：方式二：cbeT1T2ibic复合管构成方式很多。不论哪种等效方

14、式，等效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：后晶体管的性能确定均如下：iebecibicie复合管的几种接法复合管的几种接法 T1：电压推动级电压推动级 T2、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6二、准互补对称功率放大电路二、准互补对称功率放大电路-VEE+VCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5

15、T11T10RL第第4 4级：互补对称射极跟随器级：互补对称射极跟随器差动放大器差动放大器第第2级级第第1级：级：差动放大器差动放大器第第3级：级：单管放大器单管放大器集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器7.2.4 单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路一、特点一、特点1.单电源供电；单电源供电；2.输出加有大电容。输出加有大电容。二、静态分析二、静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，,2CCAVU 2CCCVU 2CCiVu 令：令：0.5VCCRLuiT1T2+VCCCAUL+-UC三、动态分析三、动态分析设输入端在设输入端在 0.5 VCC直流电平直流电

16、平基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，若输出电容足够大，UC基基本保持在本保持在0.5VCC。负载上得到的交流信号正负负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；2CCiVu 时，时，2CCiVu T1截止、截止、T2导通。导通。0.5USCuit四、输出功率及效率四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：LCComCComRVIVU22maxmax 、uoUomaxui2CCVttL2omo2RUP )2/(2LCComVRVUP VOPP oVTPPP 实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静态使静态UAQ=0.5VCCD1、D2使使b1和和b2之间的之间的电位差等于电位差等于2个二极管正个二极管正向压降，克服交越失真。向压降，克服交越失真。Re1、Re2：电阻值电阻值12，射极负反馈电阻，也起限射极负反馈电阻，也起限流保护作用。流保护作用。