電子技術(shù)第講(功率放大器)

電子技術(shù)第講(功率放大器)第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。11.3.1概述功率放大電壓放大信號(hào)提取第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析功放電路應(yīng)注意的問(wèn)題(1)功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(3)電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（

）。Pomax

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月答：不合適，因?yàn)樾侍?。uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問(wèn)題討論:ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月射極輸出器效率低的原因：一般射隨靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部），信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真。電路中存在的靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)Q點(diǎn)正好在負(fù)載線中點(diǎn)，若忽略晶體管的飽和壓降，則有：UCEQ=0.5USC

；

ICQ=0.5USC/RE。ESCCQSCERUIUP2/2==OPESCESCRURU8)22/(22==UCEQ2ICQ2=第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如何解決效率低的問(wèn)題？辦法：降低Q點(diǎn)但又會(huì)引起截止失真既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.3.2變壓器耦合推挽功率放大電路輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等相位相反的信號(hào)，分別送兩個(gè)放大器的基極，使T1、T2輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩個(gè)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。放大器：由兩個(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)三極管的射極接在一起，–+++––USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月直流通道USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1USCT1T2ReRb2Rb1變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路對(duì)于任何一個(gè)三極管都是靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的共射極放大器USCT1ReRb2Rb1兩個(gè)三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)都設(shè)在剛剛超過(guò)死區(qū),IB很小,IC也很小,降低直流功耗。Q第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月交流通道ib1ui>0ui<0ib2uiT2T1RLRe–++–+–+–++––ic1++––+–ic2+–輸入信號(hào)正半周，T1導(dǎo)通，T2截止輸入信號(hào)負(fù)半周，T2導(dǎo)通，T1截止USCT1T2RLiLuiReRb2Rb1第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.3.3互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。對(duì)稱電源：+USC，-USC

組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0V

T1、T2均不工作

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式。第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ui-USCT1T2uo+USCRLiL輸入輸入波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間于半個(gè)周期；(3)存在交越失真。特點(diǎn)：第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流分別為：第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電源提供的直流平均功率計(jì)算：每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1=USC2=USC

tic1

2第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月效率為：第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型：互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.3.4無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路一、特點(diǎn)1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則T1、T2特性對(duì)稱，

令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、動(dòng)態(tài)分析若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相當(dāng)于電源）RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5USC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、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：LSCLSCLRUIUU22maxmax==，uLULmaxuitt第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UA=0.5USCD1、D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真Re1

、Re2：電阻值1~2

，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用b1b2第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月增加對(duì)稱的負(fù)電源-USC，使靜態(tài)時(shí)的A點(diǎn)電位為011.3.5無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL電路OCL電路第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

tuo交越失真ui

t+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真OCL電路第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.克服交越失真的措施：R1D1D2R2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。+USC-USCULuiiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。2.UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBI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，則第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。cbeT1T2ibicbecibic

1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibicbecibic復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)

T2、R1、R2：

UBE倍增電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第1級(jí)：差動(dòng)放大器第2級(jí)：差動(dòng)放大器第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃鞯?級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月11.3.6實(shí)際功放電路這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：(1)恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；(2)偏置電路（R1、D1、D2）；(3)恒流源負(fù)載（T5）；(4)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、T10）；(5)負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）；(6)共射放大級(jí)（T4）；(7)校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8)UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9)調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：RC低通第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

11.3.7