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第九章 功率放大电路

第九章 功率放大电路. 第九章 功率放大电路. §9.1 功率放大电路概述 §9.2 互补功率放大电路 §9.3 功率放大电路的安全运行 §9.4 集成功率放大器. 执行机构. 信号提取. 电压放大. 功率放大. §9.1 功率放大电路概述.

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第九章 功率放大电路

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  1. 第九章 功率放大电路

  2. 第九章 功率放大电路 §9.1 功率放大电路概述 §9.2 互补功率放大电路 §9.3 功率放大电路的安全运行 §9.4 集成功率放大器

  3. 执行机构 信号提取 电压放大 功率放大 §9.1 功率放大电路概述 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。 例1： 扩音系统

  4. Usc R3 R1 + 功 放 b uo + a uo1 - A 加热元件 R2 Rt 温控室 温度调节 过程 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 UO UO1 Ub T T

  5. 9.1.1 功率放大电路的特点 一、主要技术指标 1.最大输出功率Pom 最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。 2.转换效率η 功率放大电路的最大输出功率Pom与电源所提供的直流功率PV之比称为转换效率η。

  6. 二、功率放大电路中的晶体管 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超过晶体管的极限值: ICM、U(BR)CEO、PCM。 三、功率放大电路的分析方法－－图解法

  7. 9.1.2 功率放大电路的组成 一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路 图9.1.1 小功率共射放大电路的 输出功率和效率的分析

  8. 静态时，直流电源提供的功率为 ABCO的面积 集电极Rc上的功率为 QBCD的面积 晶体管集电极的耗散功率为 AQDO的面积 在有信号输入时，直流电源提供的功率为 ABCO的面积 负载上可能获得的最大交流功率为

  9. 为QDE的面积 RL越小，交流负载线效率越陡，输出功率越小，效率越低。

  10. 二、变压器耦合功率放大电路 1.甲类功率放大电路 图9.1.2 单管变压器耦合功率放大电路

  11. 静态时，直流电源提供的功率为 全部为晶体管集电极的耗散功率。

  12. 2.乙类推挽功率放大电路 图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路

  13. 图9.1.3 变压器耦合乙类推挽功率放大电路

  14. 3. 功率放大电路的分类 甲类： 乙类： 甲乙类： 丙类：

  15. 三、无输出变压器的功率放大电路 图9.1.4 OTL电路

  16. +VCC T1 UC 0.5VCC - + A ui C UL RL T2 1.特点 1. 单电源供电； 2. 输出加有大电容。 2.静态分析 令： 则 T1、T2 特性对称， 

  17. +USC T1 时，T1导通、T2截止； ic1 交越失真 ui - + 时， A ui C 0.5USC t UL T1截止、 T2导通。 RL T2 ic2 3.动态分析 设输入端在 0.5VCC 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。

  18. +VCC T1 ui iL uo RL T2 -VCC 四、无输出电容的功率放大电路 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。 图9.1.5 OCL电路

  19. 五、桥式推挽功率放大电路 图9.1.6 BTL电路

  20. 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （ OTL电路） 无输出电容形式 （ OCL电路） §9.2 互补功率放大电路 互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、 PNP各一支；两管特性一致。 类型： OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess

  21. +VCC T1 ui iL uo RL T2 -VCC 9.2.1 OCL电路的组成及工作原理 一、电路组成 设ui为正弦波

  22. +VCC T1 ic1 ui iL uo RL ic2 T2 -VCC 静态分析： ui = 0V  T1、T2均不 导通uo=0V 因此，不需要隔直电容。 动态分析： T1导通，T2截止 ui > 0V iL= ic1; ui 0V T1截止，T2导通 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。

  23. ui +VCC t T1 u´o´ t u"o ui iL uo RL t T2 uo -VCC t 交越失真 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。

  24. 乙类放大的特点： (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。

  25. iB iB uBE t ui Uon t 二、电路的改进 1. 用二极管克服交越失真 交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui<uon时晶体管截止。

  26. +VCC R1 T1 D1 UL ui iL D2 RL T2 R2 -VCC 电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。 静态时:T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态或零偏置状态； 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。 两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大” 。

  27. iB iB IBQ t uBE uB1 iC iC USC /RE ib t UT IBQ ICQ uce Q USC 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。

  28. + I B1 R1 IB U B E R2 B2 - 2. UBE电压倍增电路 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。 图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则 合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。

  29. c c ic ic ib b ib T1 b e T2 e 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：

  30. e e ib ib b T1 b T2 ic c ic c 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： 方式二： 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。   12

  31. 改进后的OCL准互补输出功放电路： T5、R3、R4： UBE倍增电路 T1、T2、T3、T4： 复合管构成的输出级 准互补 输出级中的T2、T4均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。 图3.3.18 采用复合管的准互补级输出

  32. +VCC T1 ULmax ui iL UL RL T2 -VCC 9.2.2 OCL电路的输出功率及效率 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。 则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：

  33. 负载上得到的最大不失真输出电压、电流有效值及最大输出功率分别为：负载上得到的最大不失真输出电压、电流有效值及最大输出功率分别为：

  34. 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: VCC1 =VCC2 =VCC 两个电源提供的总功率为：

  35. 效率为： 在理想情况下，若忽略晶体管的饱和压降UCES 效率为：

  36. 9.2.3 OCL电路中晶体管的选择 在功率放大器中，应根据晶体管所承受的最大管压降、集电极最大电流和最大功耗来选择晶体管。 一、最大管压降 在输入信号的正半周，当ui从0逐渐增大时， T1和T2的发射结电位uE从0逐渐增大到VCC-UCES1,T2管压降为

  37. 同理，在输入信号的负半周，T1管压降为 在功率放大器中，根据晶体管所承受的最大管压降选择晶体管时，应考虑留有一定的余量。 二、集电极最大电流 在功率放大器中，根据晶体管的集电极最大电流选择晶体管时，同样应考虑留有一定的余量。

  38. 三、集电极最大功耗 管压降和集电极电流瞬时值的表达式分别为 每只晶体管集电极功耗的表达式为

  39. 令 当忽略晶体管的饱和压降UCES时 在功率放大器中，根据晶体管的集电极最大功耗选择晶体管时

  40. 结论：

  41. §9.3 功率放大电路的安全运行 9.3.1 功放管的二次击穿 图9.3.1 晶体管的击穿现象

  42. 9.3.2 功放管的散热问题 一、热阻的概念 比例系数称为热阻

  43. 二、热阻的估算 图9.3.2 晶体管的散热

  44. 三、功放管的散热器 图9.3.3 两种散热器

  45. §9.4 集成功率放大电路 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

  46. ) 1 14 13 2 3 12 4 11 5 10 6 9 7 8 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 --输出端 （经500 电容接负载） 1 --接旁路电容（5 ） 9、13 --空脚（NC）

  47. Vcc ui - 14 500 6 8 2 + 1 2.7 5 8 0.1 集成功放 LM384 外部电路典型接法： 输入信号 电源滤波电容 输出耦合大电容 调节音量 低通滤波,去除高频噪声 外接旁路电容

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