第八章功率放大電路(2-8)

1、第九章第九章 功率放大電路功率放大電路 了解放大電路消耗功率、將直流電源能量轉(zhuǎn)了解放大電路消耗功率、將直流電源能量轉(zhuǎn)換為信號輸出換為信號輸出(交流交流)功率的作用；功率的作用； 了解放大電路提高能量轉(zhuǎn)換效率的途徑，及各了解放大電路提高能量轉(zhuǎn)換效率的途徑，及各類功率放大電路的效率特點(diǎn)；類功率放大電路的效率特點(diǎn)； 重點(diǎn)掌握互補(bǔ)對稱推挽乙類功放電路的組成、重點(diǎn)掌握互補(bǔ)對稱推挽乙類功放電路的組成、工作原理和分析計算，以及功放管的參數(shù)選擇。工作原理和分析計算，以及功放管的參數(shù)選擇。 1/219.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題9.1.1 功放電路的特點(diǎn)和要求功放電路的特點(diǎn)和要求1、大信號

2、狀態(tài)工作、大信號狀態(tài)工作 要輸出足夠大的功率，要求功率管上的電壓和電流都要足要輸出足夠大的功率，要求功率管上的電壓和電流都要足夠大；用正弦波信號表示為夠大；用正弦波信號表示為2、非線性失真問題、非線性失真問題 大信號工作致非線性失真，線性放大要求非線性失真??；大信號工作致非線性失真，線性放大要求非線性失真??；3、轉(zhuǎn)換效率問題、轉(zhuǎn)換效率問題 大信號放大，功放管及電路功耗大，要求轉(zhuǎn)換效率高；大信號放大，功放管及電路功耗大，要求轉(zhuǎn)換效率高；4、功放管安全問題、功放管安全問題 功放管接近極限參數(shù)工作，必須保證正常工作不損壞。功放管接近極限參數(shù)工作，必須保證正常工作不損壞。2/21omomooo21UI

3、UIP9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題9.1.1 功放電路的特點(diǎn)和要求功放電路的特點(diǎn)和要求3/21大信號狀態(tài)大信號狀態(tài)非線性失真非線性失真轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率安全工作安全工作圖解分析法圖解分析法極限參數(shù)的選擇極限參數(shù)的選擇電路工作狀態(tài)電路工作狀態(tài)低低低低高高高高9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題9.1.2 功放電路的工作狀態(tài)功放電路的工作狀態(tài) 根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的設(shè)置不同，引起功放管的導(dǎo)通狀態(tài)不的設(shè)置不同，引起功放管的導(dǎo)通狀態(tài)不同，將功放電路的工作狀態(tài)分類：同，將功放電路的工作狀態(tài)分類：1、A(甲甲)類工作狀態(tài)：類工作狀態(tài)： 360 導(dǎo)通角導(dǎo)通角2

4、、B(乙乙)類工作狀態(tài)：類工作狀態(tài)： 180 導(dǎo)通角導(dǎo)通角3、C(丙丙)類工作狀態(tài)：類工作狀態(tài)： 小于小于180 導(dǎo)通角導(dǎo)通角AB類工作狀態(tài)：類工作狀態(tài)： 略大于略大于180 導(dǎo)通角導(dǎo)通角4/21iCuBEiCtOQQQ9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題9.1.3 A類功放電路的轉(zhuǎn)換效率類功放電路的轉(zhuǎn)換效率 大信號狀態(tài)下，大信號狀態(tài)下，|uCE|uBE|，且，且iCiB，功放管的功耗幾乎都在集電結(jié)上。功放管的功耗幾乎都在集電結(jié)上。 設(shè)設(shè)iB=IBQ+Ibmsint，則則iC=ICQ+Icmsint1、電源提供功率、電源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率(管耗管耗)5/

5、21iCRCUCCiB+-uCE +uBE -CQCC20cmCQCCC20CCE)dsin(21d21IUttIIUtiUP20cmCQcmCEQ2cmcmCQCEQd )sin()sin(21ttUIIUtIUIU20cmCQcmCEQC20CECd)sin)(sin(21d21ttIItUUtiuPcmcmCQCEQ21IUIU9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題1、電源提供功率、電源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率3、集電極負(fù)載電阻、集電極負(fù)載電阻RC上消耗功率上消耗功率 小結(jié)：小結(jié)：(1) PEPC+PL，且，且A類功放電源提供功率與信號無關(guān)類功放電源提供功

6、率與信號無關(guān) ；(2) 負(fù)載獲得的信號功率是功放管功耗轉(zhuǎn)移過來的；負(fù)載獲得的信號功率是功放管功耗轉(zhuǎn)移過來的；(3) 信號功率最大時，功放管功耗最小。信號功率最大時，功放管功耗最小。6/21RCUCCiBiC+-uCE +uBE -20CCE20CCCC20CECCLd21d21d)(21tiutiUtiuUPCQCCEIUP cmcmCQCEQC21IUIUPcmcmCQCEQCCCE21)(IUIUUPP9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題1、電源提供功率、電源提供功率2、功放管消耗功率、功放管消耗功率3、負(fù)載消耗功率、負(fù)載消耗功率 最大信號功率時：最大信號功率時：(忽略飽和

7、壓降忽略飽和壓降) Ucm=UCEQ=UCC/2，Icm=ICQ故故效率：效率： 7/21RCUCCiBiC+-uCE +uBE -CQCCEIUP cmcmCQCEQC21IUIUPcmcmCQCEQCCL21)(IUIUUPUCCUCEQICQCQCCCQCCCm4121IUIUPCQCCCQCCLm4121IUIUP%252/CQCCcmcmEoIUIUPPICMUCEO(BR)PCMuCEOiCQ9.1 功率放大電路的一般問題功率放大電路的一般問題9.1.4 功放電路提高轉(zhuǎn)換效率的途徑功放電路提高轉(zhuǎn)換效率的途徑1、消除負(fù)載上的直流功耗；、消除負(fù)載上的直流功耗；例如，變壓器耦合輸出功放，

8、靜態(tài)時例如，變壓器耦合輸出功放，靜態(tài)時UCEQ=UCC，所以，所以2、減小功放管上的靜態(tài)功耗。、減小功放管上的靜態(tài)功耗。 靜態(tài)時靜態(tài)時ICQ=0，B(乙乙)類工作狀態(tài)，類工作狀態(tài)，或?qū)ń腔驅(qū)ń?80 。8/21RLUCCiBiC+-uCE +uBE -CQCCCQCCCm21IUIUPCQCComLm21IUPP%502/CQCCcmcmEoIUIUPPuCE2UCCOUCEQICQICMPCMUCC直流負(fù)載線直流負(fù)載線UCEO(BR)Q9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路9.2.1 乙類推挽功率放大電路乙類推挽功率放大電路一、變壓器耦合輸出一、變壓器耦合

9、輸出 T1、T2為同型三極管，為同型三極管，分別由中心抽頭變壓器的分別由中心抽頭變壓器的兩個繞組電壓極性控制導(dǎo)通。兩個繞組電壓極性控制導(dǎo)通。二、互補(bǔ)對稱射極輸出二、互補(bǔ)對稱射極輸出 T1、T2為異型互補(bǔ)三極管，為異型互補(bǔ)三極管，由同一電壓直接激勵。由同一電壓直接激勵。9/21uCE12UCCOiC1UCCOiC2T1T2uCE22UCCRLUCCuiT1T2uoiC1iC2ui1ui2T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuo特點(diǎn)：乙類工作狀態(tài)，特點(diǎn)：乙類工作狀態(tài)， 靜態(tài)功耗為零；靜態(tài)功耗為零； 半周輪流導(dǎo)通。半周輪流導(dǎo)通。Q9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放

10、大電路 10/21uCE12UCCOiC1UCCOiC2T1T2uCE22UCCOiC1iC1iC2iC2uBE1uBE2OttttOOuiuo9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路9.2.2 B(乙乙)類互補(bǔ)對稱射極輸出功率放大電路類互補(bǔ)對稱射極輸出功率放大電路(OCL)一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理電路組成：電路組成：互補(bǔ)：互補(bǔ)：T1、T2異型管特性一致；異型管特性一致；對稱：對稱：R1=R2，D1、D2特性一致，特性一致， UCEQ1=UCEQ2，ICQ1=ICQ2， ui=0時，時，uo=0。工作原理：工作原理： 正弦波輸入時，正弦波輸入時

11、，T1、T2管輪流管輪流半周導(dǎo)通射極輸出，在負(fù)載半周導(dǎo)通射極輸出，在負(fù)載RL上上合成完整正弦波；合成完整正弦波；D1、D2提供預(yù)提供預(yù)導(dǎo)通偏壓減小交叉失真，導(dǎo)通偏壓減小交叉失真，R1、R2為偏置電阻，為偏置電阻，RL負(fù)載電阻。負(fù)載電阻。11/21T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D29.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路二、電路功率分析計算二、電路功率分析計算1、輸出功率、輸出功率最大輸出功率：最大輸出功率：Uom=UCC-UCE(sat) UCC2、電源提供功率、電源提供功率單個電源：單個電源：兩個電源：兩個電源：最大提供功率：最大提供

12、功率：12/21T1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D2L2ooooRUIUPL2om2RUL2CCom2RUP0C1CCE1d21tiUP0cmCC0cmCCcos2dsin21tIUttIUcmCCIULomCCcmCCE1E222RUUIUPPL2CCEmax2RUP最小功率：最小功率：Uom=0時時0EminP9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路3、效率、效率4、管耗、管耗 令令得出得出時，最大管耗：時，最大管耗：13/21EoPP0CoCCC0CECd)(21d21tiuUtiuPL2omLomCCoE41)(21RURUUPP

13、靜態(tài)時，靜態(tài)時，Uom=0，管耗為零；管耗為零；0211ddLomLCComCRURUUPCCCCom64. 02UUUomom2L2CC22L2CCLCCCCCm2 . 0214412PPRURURUUP(單管單管)LomCCL2om/22/RUURU%5 .784CComUU9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路三、選擇功率管三、選擇功率管例如，已知例如，已知Pom和和RL，則，則1、確定、確定UCC； 由由 可得可得2、選擇每個功放管允許的最大管耗；、選擇每個功放管允許的最大管耗；3、功放管的最大耐壓、功放管的最大耐壓(擊穿電壓擊穿電壓)；4、功放管允許的

14、最大集電極電流；、功放管允許的最大集電極電流；14/21L2CCom2RUPLomCC2RPUomCmCM2 . 0PPPCC(BR)CEO2UULCCCmCMRUIIT1T2iC1iC2RLuiUCC-UCCuoR2R1D1D29.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路例例 9.2.1 圖示功率放大電路中，已知圖示功率放大電路中，已知UCC=15V，RL=8，功率管的飽和，功率管的飽和壓降壓降UCE(Sat)=1V，試問：，試問：1、靜態(tài)時，調(diào)整那個電阻可使、靜態(tài)時，調(diào)整那個電阻可使uo=0？2、當(dāng)、當(dāng)ui0時，發(fā)現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生交越失真，時，發(fā)現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生交越失

15、真，應(yīng)調(diào)節(jié)哪個電阻，如何調(diào)節(jié)？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個電阻，如何調(diào)節(jié)？3、二極管、二極管D的作用是什么？若二極管反接，的作用是什么？若二極管反接，對對T1、T2會產(chǎn)生什么影響？會產(chǎn)生什么影響？4、當(dāng)輸入信號、當(dāng)輸入信號ui為正弦波且有效值為為正弦波且有效值為10V時，時，求電路輸出功率求電路輸出功率Pom、電源提供功率、電源提供功率PE、單管、單管的管耗的管耗PC和效率和效率；5、若、若T1、T2功率管的極限參數(shù)為功率管的極限參數(shù)為PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V，則驗證功率管的工作，則驗證功率管的工作是否安全。是否安全。15/21T1T2RLuiUCC-UCCuoR3R1DR29.2

16、 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路解：解：1、靜態(tài)時，調(diào)整那個電阻可使、靜態(tài)時，調(diào)整那個電阻可使uo=0？2、當(dāng)、當(dāng)ui0時，發(fā)現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生交越失真，時，發(fā)現(xiàn)輸出波形產(chǎn)生交越失真，應(yīng)調(diào)節(jié)哪個電阻，如何調(diào)節(jié)？應(yīng)調(diào)節(jié)哪個電阻，如何調(diào)節(jié)？3、二極管、二極管D的作用是什么？若二極管反接，的作用是什么？若二極管反接，對對T1、T2會產(chǎn)生什么影響？會產(chǎn)生什么影響？4、當(dāng)輸入信號、當(dāng)輸入信號ui為正弦波且有效值為為正弦波且有效值為10V時，求電路輸時，求電路輸出功率出功率Pom、電源提供功率、電源提供功率PE、單管的管耗、單管的管耗PC和效率和效率；5、若、若T1、T2功率管

17、的極限參數(shù)為功率管的極限參數(shù)為PCM=10W，ICM=5A，U(BR)CEO=40V，則驗證功，則驗證功率管的工作是否安全。率管的工作是否安全。16/21T1T2RLuiUCC-UCCuoR3R1DR215V-15V8調(diào)調(diào)R1調(diào)大調(diào)大R2減小交越失真；燒毀減小交越失真；燒毀T1、T2210omUW9 .1682101522LomCCERUUPW2 . 2)(21oECPPP%74EomPPCML2CCCm10WW8 . 222 . 0PRUPCMLCCLCE(sat)CCCm5AA875. 1IRURUUI(BR)CEOCCV04V302UUW5 .12822002L2omomRUP9.2 互

18、補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路9.2.3 AB類單電源互補(bǔ)對稱射極輸出功率放大電路類單電源互補(bǔ)對稱射極輸出功率放大電路(OTL)一、電路組成和工作原理一、電路組成和工作原理1、T1、T2互補(bǔ)對稱射極輸出與前級互補(bǔ)對稱射極輸出與前級共射電路共射電路T3級聯(lián)；級聯(lián)；2、靜態(tài)時、靜態(tài)時UA=UCC/2，通過，通過AB類狀態(tài)類狀態(tài)工作的工作的T1、T2，給，給T3提供直流偏置，提供直流偏置，并形成電壓負(fù)反饋穩(wěn)定并形成電壓負(fù)反饋穩(wěn)定UA；3、大電容、大電容C2上靜態(tài)電壓為上靜態(tài)電壓為UCC/2，并在信號變化周期內(nèi)基本不變；并在信號變化周期內(nèi)基本不變；4、T1導(dǎo)通導(dǎo)通T2截止

19、時，截止時，UCC通過通過T1向向C2充電；充電；T2導(dǎo)通導(dǎo)通T1截止時，截止時，C2通過通過T2放電，起負(fù)電源作用；放電，起負(fù)電源作用；5、充放電電流在負(fù)載電阻、充放電電流在負(fù)載電阻RL上上合成輸出電壓。合成輸出電壓。17/21iC1iC2uiT1T2RLR3D1D2R1R2+C1C2CET3UCCuoA9.2 互補(bǔ)對稱互補(bǔ)對稱B(B(乙乙) )類功率放大電路類功率放大電路二、電路分析計算二、電路分析計算 由于由于UA=UCC/2，T1、T2管最大管最大動態(tài)范圍也被限制在動態(tài)范圍也被限制在UCC/2，所以，所以忽略飽和壓降，則有忽略飽和壓降，則有最大輸出電壓幅度最大輸出電壓幅度:最大輸出功率：最大輸出功率：最大輸出電流：最大輸出電流：管子承受最大電壓：管子承受最大電壓：UCC18/21T1T2iC1iC2RLuiUCCuoR3D1D2R1R2+C1C2CET3AL2CCL2CCL2omom82)2/(2RURURUPLCCLCCCm22/RURUI2CComUU9.3 集成功率放大電路集成功率放大電路9.3.1 通用型集成功率放大器通用型集成功率放大器LM386 19/21T10T8U-UCCuoR3D1D2R1R22接旁路接旁