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1、1,第九章 功率放大器,模拟电路,第九章 功率放大器,9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 实际功放电路 9.4 集成功率放大器 9.5 变压器耦合式功放电路,例1： 扩音系统,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。,9.1 功率放大电路概述,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,T,UO,T,Ub,UO1,分析功放电路应注意的问题,(1) 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 、UCEM 、 PC
2、M 。,(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。,(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。,Pomax : 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。,不合适，因为效率太低 。,估算射极输出器的效率 ：,(设RL=RE),为使输出信号的幅值尽可能大(要保证不失真)，静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部）。,若忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为：,uo的取值范围,直流负载线,交流负载线,UCEQ = 0.5USC,静态工作点：,放大电路的输出没有失真的工作方式称为甲类放大。,1. 直流
3、电源输出的功率,2. 最大负载功率,3. 最大效率,(RL=RE时),如何解决效率低的问题？,办法：降低Q点。,既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。,缺点：但又会引起截止失真。,9.2 互补对称功率放大电路,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,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：,9.2.1 无输出电容的互补对称功放电路,一、工作原理（设ui为正弦波）,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.
4、 双电源供电。,3. 输入输出端不加隔直电容。,动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL= ic1 ;,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。,因此，不需要隔直电容。,静态分析：,ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V,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。,(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。,乙类放大的特点：,二、最大输出功率及效率的计算,假设 ui 为正弦波且幅度足
5、够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。,负载上得到的最大功率为：,若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流的最大幅值分别为：,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:,两个电源提供的总功率为：,USC1 =USC2 =USC,效率为：,三、电路的改进,1. 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 uT时晶体管截止。,克服交越失真的措施：电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,静态时: T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；,动态时：设 ui 加入正弦信号
6、。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。,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。,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。,2. UBE电压倍增电路,合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。,图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I IB，则,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
7、式一：, 1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T1、R1、R2： UBE倍增电路,T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级,准互补,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,集成运放内部的功率放大器,9.2.2 无输出变压器的互补对称功放电路,一、特点,1. 单电源供电；,2. 输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,三、动态分析,设输入端在 0.5USC 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
8、.5USC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,9.3 实际功放电路,这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ：,(1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功
9、放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,UBE 倍增 电路,恒流源 负载,准互补功放级,保险管,负载,实用的OCL准互补功放电路：,输出功率的估算：,输出电压的最大值约为 19.7V，设负载 RL= 8 ,则最大输出功率为：,实际输出功率约为 20W。,注：该实用功放电路的详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童
10、诗白主编）。,9.4 集成功率放大器,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,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）,集成功放 LM384 外部电路典型接法：,调节音量,电源滤波电容,外接旁路电容
11、,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,利用变压器的阻抗变换功能，可实现功放电路和负载间的匹配，以弥补其它类型功放电路的不足。,一、特点,根据公式,得电源电压：,90V的电压对电子电路显然不合适。,利用变压器阻抗变换关系( RL= K2 RL)，把阻抗变小，便可解决以上问题。,9.5 变压器耦合式功放电路,（变阻抗）,变压器原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：变压器原边的等效负载，为副边所带负载乘以变比的平方。,二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。,输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送
12、两个放大器的基极，使 T1、T2 轮流导通。,输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,2. 动、静态分析,静态分析：,ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。,变压器线圈对于直流相当于短路。,动态分析：,ui 0 时： T1导通、T2 截止，ic1 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic1决定。,若ui 为正弦信号，则 iL近似为正弦波。,ui 0 时： T2导通、T1截止，ic2 经变压器耦合给负载，iL的方向由 ic2决定。,T1、T2都只在半个周期内工作，存在交越失真。,3. 输出功率及效率,分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里的负载为变压器原边等效负载 RL。,三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,Rb1、 Rb2、 Re 的作用：克服交越失真。,两个三极管都构成静态工作点稳定的共射极放大器。其静态工作点都设在刚刚超过截止区， IB很小，IC 也很小，从而降低了直流功耗。,直流通道,变压器线圈对于直流相当于短路：,46,第九章 结束,模拟电路,