音頻功率放大器設(shè)計.ppt

1、第二章 音頻功率放大器設(shè)計,第一節(jié),第三節(jié),第二節(jié),各類放大電路,集成功率放大器,概述,第四節(jié),功率放大器設(shè)計,例： 擴(kuò)音系統(tǒng),功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,2.1概 述,功率放大器的種類,目前，功率放大器已經(jīng)有了很多種形式。 （一）按耦合方式分，有兩大類， 1、變壓器耦合功放 ：（1）變壓器耦合單管甲類功放 （2）變壓器耦合乙類推挽功放 2、無變壓器耦合功放 ：（1）OTL功放 （2）OCL功放 （3）DC（直流）功放 （4）超甲類功放 （二）按工作狀態(tài)分，有 1、甲類：在輸入正弦波電壓信號的整個周期中，管子都導(dǎo)通的

2、一種工作狀態(tài)。設(shè)正弦波周期為T，管子導(dǎo)通時間為t，則甲類工作時，tT。,功率放大器的種類,2、乙類：tT/2，管子只導(dǎo)通半個周期，另半個周期截止。 3、甲乙類：T/2 tT ，管子導(dǎo)通時間大于半個周期，截止時間小于半個周期。 4、丙類：tT/2，管子的導(dǎo)通時間小于半個周期，大部分時間截止。 5、丁類：又稱開關(guān)型功放，管子工作于開關(guān)狀態(tài)，即“飽和導(dǎo)通完全截止”兩個極端狀態(tài)。 6、超甲類：是對甲乙類的改進(jìn)，即甲乙類工作狀態(tài)時有一小段截止?fàn)顟B(tài)，而在超甲類時，這一小段時間中管子仍維持小電流導(dǎo)通狀態(tài)。,（2） 晶體管在極限條件下工作: ICM 、UCEM 、 PCM 。,（1）輸出功率Po盡可能大,功率

3、放大電路的要求,(3) 電流、電壓信號比較大，注意減小波形失真,(4) 注意提高電路的效率（）。,Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號功率。 PE ： 電源提供的直流功率。,（5）功放管散熱和保護(hù)問題,功放電路與普通放大電路的比較,1.共同點(diǎn)：都是能量轉(zhuǎn)換電路，把直流能量轉(zhuǎn)換為交變能量。2.不同點(diǎn)： (1)普通放大電路：要求負(fù)載得到不失真電壓信號，不要求輸出功率；電路工作在小信號狀態(tài)，研究的問題是電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出電阻、帶寬等。 (2)功率放大電路：要求負(fù)載得到一定的不失真或失真較小的輸出功率；電路工作在大信號狀，研究的問題是提高輸出功率和效率。,功放電路研究的主要問題,要求輸出功率盡可

4、能大：要求輸出電流和電壓都大，管子運(yùn)行在極限狀態(tài)。 電路效率要高：效率是指負(fù)載得到的有用信號功率與電源供給的直流功率之比，比值越大效率越高。 非線性失真盡可能?。汗β逝c失真是一對矛盾，一般輸出功率越大失真越嚴(yán)重。 半導(dǎo)體的散熱問題：功放電路中很大一部分功率被集電結(jié)消耗掉，使結(jié)溫上升，為充分利用允許的管耗輸出足夠大的功率，散熱非常重要。 功放管的保護(hù)問題：為輸出足夠大的功率，管子承受的電壓很高，通過的電流很大，管子較容易損壞。,二. 甲類功率放大器分析,1.三極管的靜態(tài)功耗：,若,電源提供的平均功耗：,則,2.動態(tài)功耗,（當(dāng)輸入信號Ui時）,輸出功率:,要想PO大，就要使功率三角形的面積大，即必

5、須使Vom 和Iom 都要大。,最大輸出功率:,電源提供的功率,此電路的最高效率,甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：,輸出功率小 靜態(tài)功率大，效率低,三. BJT的幾種工作狀態(tài),甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。,甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180,動畫演示,乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通。,晶體管的三種工作狀態(tài)：,要提高效率就要減小直流靜態(tài)電流，讓功率放大電路工作在乙類狀態(tài)。,上頁,下頁,返回,翻頁,第二章 音頻功率放大器設(shè)計,第一節(jié),第三節(jié),第二節(jié),集成功率放大器,概述,第四節(jié),功率放大器設(shè)計,各類放大電路,2.2 互補(bǔ)對稱電路,T1、T2：參

6、數(shù)互補(bǔ)對稱，稱為互補(bǔ)對稱電路。VI=0 時 VO=0。,T1和T2分別組成射極輸出器,VI0 時 T1 導(dǎo)通T2截至的等效電路 。,T1和T2分別組成射極輸出器,VI0 時 T1 截至T2導(dǎo)通的等效電路,2.2 互補(bǔ)對稱電路,2. 2 .1雙電源互補(bǔ)對稱電路（OCL),1.OCL電路,上頁,下頁,電路組成,返回,翻頁,靜態(tài)功率如何,功率計算,Uom 最大可達(dá)到 UCC ，,上頁,下頁,返回,翻頁,4.功率管選擇：PCMAX0.2POM,OCL乙類功率放大電路,OCL甲乙類功率放大電路,利用二極管提供偏置電壓,工作在乙類狀態(tài)的放大電路，當(dāng)輸入信號很小時，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此

7、在正、負(fù)半周交接處產(chǎn)生波形的非線性失真，稱為交越失真。,可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使兩管均處微導(dǎo)通狀態(tài)，使之工作在甲乙類,OCL甲乙類功率放大電路,利用二極管提供偏置電壓,利用三極管恒壓源提供偏置,如圖所示運(yùn)算放大器電流擴(kuò)展電路，可將輸出電流擴(kuò)展到安培級。若負(fù)載阻抗為8,依圖結(jié)構(gòu)設(shè)計電路，要求放大器輸入電阻為1K ，放大倍數(shù)為100，輸出電流0.5A。,運(yùn)放與單元組合電路的分析,集成運(yùn)放驅(qū)動的OCL電路：,實用的OCL甲乙類功率放大電路,實際功放:,甲乙類準(zhǔn)互補(bǔ)對稱OCL電路,電路組成與工作原理,2. 2.2單電源互補(bǔ)對稱電路（OTL電路）,上頁,下頁,返回,翻頁,靜態(tài)直流偏置,OTL乙類功率

8、放大電路,單電源互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。當(dāng)電路對稱時，輸出端的靜態(tài)電位等于VCC /2。為了使負(fù)載上僅獲得交流信號，用一個電容器串聯(lián)在負(fù)載與輸出端之間。這種功率放大電路也稱為OTL互補(bǔ)功率放大電路。,OTL甲乙類功率放大電路,1、基本原理,. 單電源供電；,. 輸出加有大電容。,（1）靜態(tài)偏置,甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路,調(diào)整RW阻值的大小，可使,此時電容上電壓,（2）動態(tài)分析,（電容起到了負(fù)電源的作用）,Ui負(fù)半周時， T1導(dǎo)通、T2截止；,Ui正半周時， T1截止、T2導(dǎo)通。,動畫演示,（3）輸出功率及效率,若忽略交越失真的影響。則：,此電路存在的問題：,輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，

9、達(dá)不到VCC/2。,2. 帶自舉電路的單電源功放,靜態(tài)時,C1充電后，其兩端有一固定電壓,動態(tài)時,由于C1很大，兩端電壓基本不變，使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達(dá)到VCC/2。,C1、R7為自舉電路,OTL功率放大器電路,實用電路,上頁,下頁,返回,翻頁,總結(jié)：互補(bǔ)對稱功放的類型,第二章 音頻功率放大器設(shè)計,第一節(jié),第三節(jié),第二節(jié),概述,第四節(jié),功率放大器設(shè)計,各類放大電路,集成功率放大器,集成功率放大電路大多工作在音頻范圍， 除具有可靠性高、 使用方便、 性能好、 重量輕、 造價低等集成電路的一般特點(diǎn)外， 還具有功耗小、 非線性失真小和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。并且集成功率放大器

10、內(nèi)部的各種過流、 過壓、 過熱保護(hù)齊全， 其中很多新型功率放大器具有通用模塊化的特點(diǎn)， 被稱之為“傻瓜”型的集成功放， 使用更加方便安全。 集成功率放大器是模擬集成電路的一個重要組成部分， 廣泛應(yīng)用于各種電子電氣設(shè)備中。,3 集成功率放大器,上頁,下頁,返回,3 集成功率放大器,TDA2030集成音頻功率放大器,翻頁,集成功放應(yīng)用簡介 1SHM1150型集成功率放大器 SHM1150型集成功率放大器是由雙極型三極管和單極型VMOS管組成的功率放大器， 圖6-13（a）為SHM1150型集成功率放大器的內(nèi)部簡化原理圖。 其中輸出級采用的是功率VMOSFET管， 可以提供較大的功率輸出。 和雙極型

11、功率管相比， 功率VMOS管具有很多優(yōu)點(diǎn)， 比如耐壓可高達(dá)1000 V以上， 最大連續(xù)電流可達(dá)200 A。 并且由于VMOS管的輸入電阻極高， 需要的驅(qū)動電流非常小， 因此可以達(dá)到很高的功率放大倍數(shù)。,SHM1150型集成功率放大器 （a） 內(nèi)部簡化電路; （b） 外部接線圖,從圖（a）可以看出， 輸入級由V1、 V2組成帶恒流源的差動輸入級， 為單入雙出形式， 第二級由PNP管V4、 V5組成雙入單出的差動電路。 由于V4、 V5的輸入信號分別來自V1、 V2的集電極信號uC1和uC2， 是大小相等、 方向相反的一對差模信號， 所以V4、 V5完成了將輸入級的雙端輸出信號轉(zhuǎn)換成單端輸出信號的

12、功能， 并由V5集電極輸出， 提供給輸出級。 V5、 V6及R9、 R10構(gòu)成了可調(diào)偏置電壓電路， 用來使功率輸出管工作于甲乙類狀態(tài)， 消除交越失真。輸出級為準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率輸出級， V7和V9 組成復(fù)合NPN管， V8和V10組成復(fù)合PNP管。,由于輸出管是功率VMOS管， 因此使本電路的輸出功率大大增強(qiáng)。 負(fù)反饋支路由R4和R2 組成， 構(gòu)成級間的電壓串聯(lián)負(fù)反饋， 起到穩(wěn)定整個電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和放大倍數(shù)的作用。 電容C為相位補(bǔ)償電容， 以消除自激。 恒流源I1為輸入級提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)， 并增強(qiáng)了電路抑制漂移的能力， I2 是V4、 V5的有源負(fù)載。 SHM1150接上電源即可作為雙電源互補(bǔ)對稱電路直接使用， 如圖（b）所示。 該電路可在（1250