模擬電子技術(shù)第九章課件

第九章

功率放大電路9.1功率放大電路概述9.2互補(bǔ)功率放大電路9.3功率放大電路的安全運(yùn)行9.4集成功率放大電路本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：重點(diǎn)掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計算。本章討論的問題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？2.什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？3.晶體管的最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？晶體管的耗散功率最大時，電路的輸出功率是最大嗎？4.互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？9.1功率放大電路概述能夠向負(fù)載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。功放電路的要求：Pomax

大，三極管極限工作=Pomax/PV

要高失真要小9.1.1功率放大電路的特點(diǎn)一、主要技術(shù)指標(biāo)1.最大輸出功率Pom功率放大電路提供給負(fù)載的信號功率稱為輸出功率。是交流功率，表達(dá)式為Po＝IoUo。最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù)載上可能獲得的最大交流功率2.轉(zhuǎn)換效率功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比。直流功率等于電源輸出電流平均值及電壓之積。二、功率放大電路中的晶體管在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，要求晶體管工作在極限應(yīng)用狀態(tài)。選擇功放管時，要注意極限參數(shù)的選擇，還要注意其散熱條件，使用時必須安裝合適的散熱片和各種保護(hù)措施。晶體管集電極電流最大時接近ICM晶體管管壓降最大時接近U（BR）CEO晶體管耗散功率最大時接近PCM三、功率放大電路的分析方法采用圖解法圖9.1.1輸出功率和效率的圖解分析2.在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的直流功率不變負(fù)載電阻RL上所獲得的功率PO僅為P/Om的一部分。R/L(=RC//RL)上獲得的最大交流功率P/Om為即圖中三角形QDE的面積共射放大電路輸出功率小，效率低（25℅），不宜作功放。二、變壓器耦合功率放大電路傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路電源提供的功率為PV＝ICQVCC，全部消耗在管子上。則可作出交流負(fù)載線

RL等效到原邊的電阻為變壓器原邊線圈電阻可忽略不計，直流負(fù)載線垂直于橫軸且過(VCC，0)。在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形QAB的面積在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變電路的最大效率為:Pom/PV=50℅功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據(jù)晶體管在信號整個周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類甲類(=2)tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙類(=)tiCO

IcmICQ2甲乙類(

<<2)丙類：導(dǎo)通角小于。丁類：功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子僅在飽和導(dǎo)通時消耗功率。集電極電流iC將嚴(yán)重失真。三、無輸出變壓器的功率電路OutputTransformerless（OTL電路）用一個大容量電容取代了變壓器(電容：幾百~幾千微法的電解電容器）圖9.1.4OTL電路靜態(tài)時：前級電路應(yīng)使基極電位為VCC/2，發(fā)射結(jié)電位為VCC/2，故電容上的電壓也VCC/2。單電源供電。T1和T2特性對稱工作時：T1和T2輪流導(dǎo)通，電路為射極跟隨狀態(tài)。OTL工作在乙類工作狀態(tài)，會出現(xiàn)交越失真。如何消除？動畫avi\17-4.avi四、無輸出電容的功率放大電路

OutputCapacitorless（OCL電路）雙電源供電,T1和T2特性對稱圖9.1.5OCL電路靜態(tài)時:T1和T2均截止，輸出電壓為零。工作時:T1和T2交替工作，正、負(fù)電源交替供電，輸出與輸入之間雙向跟隨。不同類型的二只晶體管交替工作，且均組成射極輸出形式的電路稱為“互補(bǔ)”電路；二只管子的這種交替工作方式稱為“互補(bǔ)”工作方式。9.2.1OCL電路的組成及工作原理一、電路組成RLT1T2+VCC+ui+uoVCCui>0T1導(dǎo)通T2截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui<0T2導(dǎo)通T1截止iC1io=iE2=iC2,uO=iC2RLui=0T1、T2截止9.2互補(bǔ)功率放大電路目前使用最廣泛的功放是OTL電路和OCL電路若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生交越失真。動畫avi\17-3.avi二、消除交越失真的OCL電路的工作原理tiC0ICQ1ICQ2消除交越失真思路：圖9.2.2消除交越失真的OCL電路RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3ui=0，給T1、T2提供靜態(tài)電壓UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2UB1、B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為IB1和IB2。靜態(tài)時應(yīng)調(diào)節(jié)R1，使UE為0,即u0為0。動畫avi\17-2.avi當(dāng)ui=0時，T1、T2微導(dǎo)通。當(dāng)ui＞0(至)，

T1

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；T2微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。當(dāng)ui＜0(至)，

T2

微導(dǎo)通充分導(dǎo)通微導(dǎo)通；

T1微導(dǎo)通截止微導(dǎo)通。當(dāng)輸入信號為正弦交流電時圖9.2.3T1和T2管在ui作用下輸入特性中的圖解分析二管導(dǎo)通的時間都比輸入信號的半個周期更長，功放電路工作在甲乙類狀態(tài)。最大輸出功率電源VCC提供的電流電源在負(fù)載獲得最大交流功率時所消耗的平均功率等于其平均電流與電源電壓之積。轉(zhuǎn)換效率理想情況下，UCES可忽略；但大功率管UCES較大，不能忽略復(fù)習(xí)：1.功放電路的性能指標(biāo)：最大輸出電壓、最大輸出功率和效率2.功放電路的分類：甲類、乙類、甲乙類、丙類和丁類變壓器耦合、OTL、OCL和BTL3.OCL功放的性能指標(biāo)：Uop=VCC

–

UCES9.2.3OCL電路中晶體管的選擇一、最大管壓降UCEmax=2VCC

二、集電極最大電流三、集電極最大功耗如何求PT的最大功率？RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3[例9.2.1]在圖9.2.2所示電路中已知VCC＝15V，輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降UCES＝3V，電壓放大倍數(shù)約為1，負(fù)載電阻RL＝4歐，（1）求解負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率（2）若輸入電壓最大有效值為8V，則負(fù)載上能夠獲得的最大功率為多少。解（1）（2）因?yàn)閁O≈Ui，所以UOm≈8V。最大輸出功率RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR39.4集成功率放大電路OTL、OCL和BTL電路均有各種不同電壓增益多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實(shí)用電路。9.4.1集成功率放大電路分析LM386是一種音頻集成功放，具有功耗小，電壓增益可調(diào)節(jié)，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。掌握集成功放的電路組成，工作原理、主要性能指標(biāo)和典型運(yùn)用。3.當(dāng)引腳1和8之間對交流信號相當(dāng)于短路時4.在引腳1和5之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為20~200。三、LM386引腳圖圖9.4.2LM386的外形和引腳9.4.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)（略）9.4.3集成功率放大電路的應(yīng)用一、集成OTL電路的應(yīng)用1.LM386外接元件最少的用法靜態(tài)時輸出電容上電壓為VCC/2最大不失真輸出電壓的峰－峰值為電源電壓VCC

最大輸出功率為輸入電壓有效值2.LM386電壓增益最大的用法3.LM386的一般用法圖9.4.4LM386電壓增益最大的用法圖9.4.5LM386的一般用法引腳1和引腳8接10uF電解電容器