模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)——功率放大電路

1、4.1 概概 述述4.2 乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路 4.3 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路*4.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路u 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動往往要去推動一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。

2、推動一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器4.1 4.1 概述概述功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取一一. 功放電路的特點(diǎn)功放電路的特點(diǎn)（2） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEM（1）輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大Icuce(3) 電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。(4) 電源提供的能量應(yīng)盡可

3、能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（效率（ ）。）。Po: 負(fù)載上得到的交流信號功率。負(fù)載上得到的交流信號功率。PE ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%100EOPP（5）功放管散熱和保護(hù)問題）功放管散熱和保護(hù)問題二二. 甲類功率放大器分析甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：三極管的靜態(tài)功耗：若若CCCEQVU21的靜態(tài)功耗相等的靜態(tài)功耗相等三極管和負(fù)載電阻三極管和負(fù)載電阻LRCQCEQTIUP CQCCEIVP 電源提供的平均功耗：電源提供的平均功耗：CQCC

4、RLTIVPP21則則+uVCCLRb1RiIcuceQuceQIcQ2.動態(tài)功耗動態(tài)功耗（當(dāng)輸入信號（當(dāng)輸入信號Ui時(shí)）時(shí)）輸出功率輸出功率:omomomom2122IUIUP o 要想要想PO大，就要大，就要使功率三角形的面積使功率三角形的面積大，即必須使大，即必須使Vom 和和Iom 都要大。都要大。最大輸出功率最大輸出功率:CQCComIVP )21(21MNUomIom功率三角形功率三角形iCuCEQUCEQICQVCC電源提供的功率電源提供的功率CQCCCmCQCCCCCEIVtdtIIVtdiVP )sin(21)(212020此電路的最高效率此電路的最高效率25. 0 EomP

5、P 甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)：甲類功率放大器存在的缺點(diǎn)： 輸出功率小輸出功率小 靜態(tài)功率大，效率低靜態(tài)功率大，效率低三三. BJT的幾種工作狀態(tài)的幾種工作狀態(tài)甲類：甲類：Q點(diǎn)適中，在正弦信號的點(diǎn)適中，在正弦信號的整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過整個(gè)周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：甲乙類：介于兩者之間，介于兩者之間，導(dǎo)通角大于導(dǎo)通角大于180動畫演示動畫演示iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：乙類：靜態(tài)電流為靜態(tài)電流為0，BJT只在只在正弦信號的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。正弦信號的半個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC一一. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)對稱：互補(bǔ)對稱： 電路中采用兩個(gè)晶電路

6、中采用兩個(gè)晶體管：體管：NPN、PNP各各一支；一支； 兩管特性一致。組兩管特性一致。組成互補(bǔ)對稱式射極輸成互補(bǔ)對稱式射極輸出器。出器。4.2 乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路 uuVCCVCCoiLR二、工作原理二、工作原理（設(shè)（設(shè)ui為正弦波）為正弦波）ic1ic2靜態(tài)時(shí)：靜態(tài)時(shí)：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙類工作狀態(tài)）類工作狀態(tài)） uo = 0V動態(tài)時(shí)：動態(tài)時(shí)：ui 0VT1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通ui 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的

7、正弦波。uuVCCVCCoiLR輸入輸出波形圖輸入輸出波形圖uiuououo 交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uuVCCVCCoiLR組合特性分析組合特性分析圖解法圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真輸出功率最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1.輸出功率輸出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP 三、分析計(jì)算三、分析計(jì)算動畫演示動畫演示uuVCCVCCoiLR一個(gè)管子的管耗一個(gè)管子的管耗)(d )(21=0

8、LooCCT1tRuuVP 2.管耗管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR3.電源供給的功率電源供給的功率PE ToE=PPPLomCC2RUV 當(dāng)當(dāng)時(shí)， CComVU 2L2CCEmRVP 4.效率效率 CComEo4=VUPP 時(shí)，時(shí)， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max四三極管的最大管耗四三極管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC omL2C

9、CT1max2 . 022 . 0PRVP 問：問：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1對對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：，得出：PT1max發(fā)生在發(fā)生在Uom=0.64VCC處。處。將將Uom=0.64VCC代入代入PT1表達(dá)式表達(dá)式：選功率管的原則：選功率管的原則：1. PCM PT1max =0.2PoM2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLR tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙類互補(bǔ)對稱功放的缺點(diǎn)乙類互補(bǔ)對稱功放的缺點(diǎn)uuVCCoiLRVCCuu-oLRi2RD12R1VCCDVCC 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)

10、時(shí): T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管別為二極管D1、 D2的正向?qū)ǖ恼驅(qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)壓降，致使兩管均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)通狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時(shí)：動態(tài)時(shí)：設(shè)設(shè) ui 加入正弦信號。正半加入正弦信號。正半周周 T2 截止，截止，T1 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周半周T1截止，截止，T2 基極電位進(jìn)一步基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路1.1.基本原理基本原理 4.3 甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路甲乙類互

11、補(bǔ)對稱功率放大電路一一. 甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類雙電源互補(bǔ)對稱電路uuRoLi2R1DD2VCC1RVCCuB1tUTtiBIBQ波形關(guān)系：波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)存在較小的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時(shí)間大每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基于半個(gè)周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceVCC /ReVCCIBQEWB演示演示功放的交越失真功放的交越失真2.2.帶前置放大級的功率放大器帶前置放大級的功率放大器 動畫演示動畫演示（甲乙類互補(bǔ)對稱甲乙類互補(bǔ)對稱電路的計(jì)算同乙類電路的計(jì)算同乙類）-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2

12、iT12TT33. 電路中增加復(fù)合管電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的：增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。 1 2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb4. 帶復(fù)合管的帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動級（前置級）電壓推動級（前置級） T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對稱功放復(fù)合管構(gòu)成互補(bǔ)對稱功放 輸出級中的輸出級中的T4、

13、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對稱。兩者特性容易對稱。 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R1、基本原理、基本原理. 單電源供電；單電源供電；. 輸出加有大電容。輸出加有大電容。（1）靜態(tài)偏置）靜態(tài)偏置二二. 甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路 調(diào)整調(diào)整RW阻值的大阻值的大小，可使小，可使CCP21VU 此時(shí)電容上電壓此時(shí)電容上電壓CCC21VU +uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（2）動態(tài)分析

14、）動態(tài)分析（電容起到了負(fù)電（電容起到了負(fù)電源的作用）源的作用）Ui負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止；截止；Ui正半周時(shí)，正半周時(shí)，T1截止、截止、T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。動畫演示動畫演示+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO（3）輸出功率及效率）輸出功率及效率若忽略交越失真的影響。則：若忽略交越失真的影響。則：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax %5 .78max 2maxCCoVU 此電路存在的問題：此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。+uuTT1324TTC8RVCC1R2

15、RRLR5R6WRUPiO2. 帶自舉電路的單電源功放帶自舉電路的單電源功放靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí)CCP21VU C1充電后，其兩充電后，其兩端有一固定電壓端有一固定電壓動態(tài)時(shí)動態(tài)時(shí)由于由于C1很大，兩端電很大，兩端電壓基本不變，使壓基本不變，使C1上上端電位隨輸出電壓升端電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出高而升高。保證輸出幅度達(dá)到幅度達(dá)到VCC/2。+uuRCCTL1CRR2PR0R837CU2R1RTRiTW5V416TC1、R7為自舉電路為自舉電路3.帶運(yùn)放前置放大級的功率放大電路帶運(yùn)放前置放大級的功率放大電路運(yùn)放運(yùn)放A接成同相輸入方式作前置放大級。引入了電壓接成同相輸入方式作前置放大級。引入了電

16、壓串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)：串聯(lián)負(fù)反饋。整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)： aRRuuAfiou1 uu+-DAR+iTT131VRCC43RT2OLCCTVRfRaRR5R6R24R總結(jié)：互補(bǔ)對稱功放的類型總結(jié)：互補(bǔ)對稱功放的類型 互補(bǔ)對稱功放的類型互補(bǔ)對稱功放的類型 雙電源電路雙電源電路又稱又稱OCL電路電路 （無輸出電容）（無輸出電容）單電源電路單電源電路又稱又稱OTL電路電路 （無輸出變壓器）（無輸出變壓器）LCCoRVP22max LCCoRVP82max 4.4 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器集成功率放大器DG4100簡介：簡介：集成功放集成功放DG4100的外部接線

17、圖：的外部接線圖：1功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類和甲常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到78.5。3互補(bǔ)對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：互補(bǔ)對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：