8功率放大電路PPT課件

1、例： 擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載功放功放：獲得一定的不失真（或失真較小）的輸出功率。：獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?。功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取位置：末級(jí)放大電路。作用：推動(dòng)負(fù)載工作。8.1 功率放大電路的基本概念功率放大電路的基本概念電壓放大電壓放大：輸出不失真的電壓信號(hào)。主要討論：輸出不失真的電壓信號(hào)。主要討論Au ri ro，輸出功率輸出功率 不一定大不一定大第1頁/共70頁（1）輸出功率Po盡可能大，注意電路參數(shù): ICM 、UCEM 、 PCM 。 （2）功率轉(zhuǎn)換）功率轉(zhuǎn)換效率效率盡可能高。盡可能高。%100Eo PP率率直直流流電電源源提提供供的的平平

2、均均功功放放大大電電路路的的輸輸出出功功率率(3) 必須注意防止波形失真。必須注意防止波形失真。第2頁/共70頁cecmaxoUIP +VCCRLC1+RBuce = uocemcm21UI CCCCCCDCVIViP % 25/DCmaxomax PP SuCE iCO tiCO QIcmUcem設(shè)“Q”設(shè)置在交流負(fù)載線中點(diǎn)VCCIC S48.2 共發(fā)射級(jí)放大電路共發(fā)射級(jí)放大電路效率問題效率問題一、功率及效率的計(jì)算第3頁/共70頁 UccREuiT1+UCCuo+ +- -+ +- -RBcccEcccomomomIUPIUIUP 41%25%100 EomPP 要提高效率就要減小直流靜態(tài)消

3、耗，即降低工作點(diǎn)。Q第4頁/共70頁iCiC iC iC iC uCE uCE uCEttt甲類甲類乙類乙類甲乙類甲乙類iC QQQ二、晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)工作點(diǎn)適中，不失真。效率低。乙類工作狀態(tài)不設(shè)工作點(diǎn)，效率高，嚴(yán)重失真。甲乙類工作狀態(tài)工作點(diǎn)低，失真，效率高。 要提高效率就要減小直流靜態(tài)功耗，讓功率放大電路工作在乙類狀態(tài)。如何解決失真？第5頁/共70頁三、工作在乙類狀態(tài)射極輸出器iu0t 0u0t REuiT1+UCCuo+ +- -+ +- -REuiT1-UCCuo+ +- -+ +- -第6頁/共70頁OTL: Output TransformerLessOCL: Outpu

4、t CapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型： 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 無輸出變壓器形式 （ OTL電路）無輸出電容形式 （ OCL電路）8.3 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第7頁/共70頁RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC+VCC-VCCuiiLRLT1T2A無輸出變壓器形式 OTL電路:Output TransformerLess無輸出電容形式 OCL電路Output CapacitorLess增加對(duì)稱的負(fù)電源增加對(duì)稱的負(fù)電源-VCC，使靜態(tài)時(shí)的，使靜態(tài)時(shí)的A點(diǎn)電位為點(diǎn)電位為0第8頁/共70頁uiuo+UCCT1T2+UCCRLic1ic2ui 0VT

5、1導(dǎo)通，T2截止uo一、電路組成T1T2輪流導(dǎo)電推挽式電路T1 T2性能對(duì)稱，互補(bǔ)不足互補(bǔ)對(duì)稱電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(OCL)第9頁/共70頁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第10頁/共70頁二、組合特性分析圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom第11頁/共70頁最大不失真輸出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1）輸出功率PoL2omLomomooo222=RUR

6、UUIUP 三、效率計(jì)算uuVCCVCCoiLR第12頁/共70頁一個(gè)管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP 2）管耗）管耗PT兩管管耗兩管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR第13頁/共70頁3）電源供給的功率）電源供給的功率PEVoT=PPPLomCC2RUV 當(dāng)當(dāng)時(shí)， CComVU 2L2CCEmRVP omoavomLsindUIIttR 012CCEoavCCLVPIVR 222方法方法2方法方法1：第14頁/共70頁4）效率）效率

7、CComEo4=VUPP 時(shí)，時(shí)， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max第15頁/共70頁1 1）三極管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC omL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP 問：Uom=？ PT1最大, PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，四、功率BJT的選擇omCCTomLLVdPU=-= 0dUR2R PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：第16頁/共70頁2）選功率管的原則：1. PCM PT1max =0.2PoM2CC

8、CEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLR3. ICM VCC / RL第17頁/共70頁例 1 已知：VCC = VEE = 24 V，RL = 8 ， 忽略 UCE( (sat) ) 求 Pom 以及此時(shí)的 PV、PC1， 并選管。)W(36822422LCC2om RVP 解 PV= 2V2CC / RL= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W)RLV1V2+VCC+ui +uo VEET1Eo1()2PPP= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W)第18頁/共70頁)W( 2 . 7362 . 0m1C PU(BR)CEO 48 VICM 24

9、 / 8 = 3 (A)可選：U(BR)CEO = 60 100 VICM = 5 APCM = 10 15 W第19頁/共70頁第20頁/共70頁第21頁/共70頁第22頁/共70頁一、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，2CCAVV =,CCC=2VUCCi=2Vu令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(OTL)第23頁/共70頁三、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）

10、RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；CCiVu 2時(shí)，CCiVu 2T1截止、 T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)第24頁/共70頁四、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：LCCoCCoRVIVU22maxmax，2omaxomaxCCOmaxLUIVP=8 R222CCCCavLVP =V=2RVIav01sind()22CCLVIttR78 54omaxEP. %PuoUomaxui2CCVtt應(yīng)用 OCL 電路有關(guān)公式時(shí)，要用 VCC / 2 取代 VCC 。第25頁/共70頁

11、tuo交越失真交越失真ui t一、交越失真-乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)uuVCCoiLRVCC8.4 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第26頁/共70頁輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。 晶體管特性存在非線性 ui IB，則221RRRUUBE第30頁/共70頁3. 電路中增加復(fù)合管(達(dá)林頓管)目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì),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)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型第31頁/共70頁V1V2NPN + NPNNPNV1

12、V2PNP + PNPPNPV1V2NPN + PNPNPNV1V2PNP + NPNPNP第32頁/共70頁ib1(1 + 1) ib1(1 + 1) (1 + 2) ib1= (1 + 1 + 2+ 1 2) ib1 1 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 2(1+ 1) ib1 1 ib1ibicie( 1 + 2 + 1 2) ib1V1V2第33頁/共70頁構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：2) )在組成復(fù)合管時(shí)，管子的各極電流必須通暢。根據(jù)等效管電流的流向確定復(fù)合管的三個(gè)電極（B、E、C） B1 為 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 為 C 或 E；1) ) 復(fù)合管等效

13、類型與第一只管子相同。第34頁/共70頁V1V2 練習(xí)：接有瀉放電阻的復(fù)合管：V1V2ICEO1 2 ICEO1R瀉放電阻減小第35頁/共70頁改進(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36頁/共70頁D1D2ui+VCCRLT1T2T3CRARe1Re2實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)使靜態(tài)VA=0.5VCCD1 、 D2使使b1和和b2之間的電之間的電位差等于位差等

14、于2個(gè)二極管正向壓個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真降，克服交越失真Re1 、 Re2：電阻值：電阻值12 ，射極，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用b1b2第37頁/共70頁V1、V3 NPNV2、V4 PNPR3 、R5 穿透電流泄放電阻準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱電路舉例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo +ui +V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8RE1 、RE2 穩(wěn)定 “Q”、過流保護(hù)取值 0.1 0.5 V5 V7、RP 克服交越失真R4 使 V3、V4 輸入電阻平衡V8 構(gòu)成前置電壓放大RB1

15、引入負(fù)反饋，提高穩(wěn)定性。UE UB8 IB8 IC8 UB3 UE 第38頁/共70頁差分對(duì)管，構(gòu)成前置放大級(jí)鏡像恒流源，差分放大電路的有源負(fù)載NPNPNP因 PNP 管 小，采用三只管子復(fù)合而成克服交越失真圖5.1第39頁/共70頁集成運(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)：單管放大器第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器第40頁/共70頁實(shí)際功放電路實(shí)際功放電路這里介紹一個(gè)實(shí)用的這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)

16、有中主要環(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41頁/共70頁+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T1

17、0Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)反饋級(jí)偏置電路偏置電路共射放大級(jí)共射放大級(jí)UBE倍增倍增電路電路恒流源恒流源負(fù)載負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管保險(xiǎn)管負(fù)載負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：RC低通第42頁/共70頁OCL 電路和 OTL 電路的比較OCLOTL 電源電源雙電源雙電源單電源單電源信號(hào)信號(hào)交、直流交、直流交流交流頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)好好fL 取決于輸出耦合電容取決于輸出耦合電容 C電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)較簡單較簡單較復(fù)雜較復(fù)雜PomaxLCC2Lom22121RVRU LCC2L2om8121RVRU 第43頁/共70頁 LCCLOmOmOmomRURUUIP22

18、2222 LcccmcmcococcRUIttdIIIII 2sin21011 LcccccoERUUIP 22 %5 .784 EomPP甲乙類LCCOmRUP82 第44頁/共70頁特點(diǎn)：特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。一、集成功放LM384：生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：OTL輸出功率：8 負(fù)載上可得到負(fù)載上可得到5W功率功率電源電壓：最大為最大為28V 8.5 集成功率放大電路集成功率放大電路第45頁/共70頁集成功放 LM384管腳說明:)123

19、45 6789101112131414 - 電源端（電源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6 - 輸入端輸入端 （一般（一般2腳接地）腳接地） 8 - 輸出端輸出端 （經(jīng)（經(jīng)500 電容接負(fù)載）電容接負(fù)載）1 - 接旁路電容（接旁路電容（5 ）9、13 - 空腳（空腳（NC）第46頁/共70頁集成功放 LM384 外部電路典型接法：500 -+ 0.1 2.7 8146215 Vccui8 調(diào)節(jié)音量調(diào)節(jié)音量電源濾波電容電源濾波電容外接旁路電容外接旁路電容低通濾波低通濾波,去除高頻噪聲去除高頻噪聲輸入信號(hào)輸入信號(hào)輸出耦合

20、大電容輸出耦合大電容第47頁/共70頁組成：前置級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)、偏置電路特點(diǎn)：輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護(hù)二、LM386 集成功放及其應(yīng)用第48頁/共70頁1. 典型應(yīng)用參數(shù)：直流電源： 4 12 V額定功率： 660 mW帶 寬： 300 kHz輸入阻抗： 50 k 12348765引腳圖第49頁/共70頁2. 內(nèi)部電路1. 8 開路時(shí)， Au = 20( (負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng)) )1. 8 交流短路 Au = 200( (負(fù)反饋?zhàn)钊? )電壓串聯(lián)負(fù)反饋第50頁/共70頁V1、V6 ：V3、V5：V2、V4：射級(jí)跟隨器，高 Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負(fù)載V7 V12：功率放大

21、電路V7 為驅(qū)動(dòng)級(jí)( (I0 為恒流源負(fù)載) )V11、V12 用于消除交越失真V8、V10 構(gòu)成 PNP 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱第51頁/共70頁3. 典型應(yīng)用電路第52頁/共70頁 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F220 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6輸出電容( (OTL) )頻率補(bǔ)償，抵消電 感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)第53頁/共70頁1功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)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，盡可能提高輸出功率和效率

22、。在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。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常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)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)到補(bǔ)對(duì)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78.5。3互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)： OCL（雙電源）（雙電源）乙類乙類 甲乙類。甲乙類。 OTL（單電源）（單電源）乙類乙類 甲乙類。甲乙類。4隨著半導(dǎo)體工藝、技術(shù)的不斷發(fā)展，輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經(jīng)得隨著半導(dǎo)體工藝、技術(shù)的不斷發(fā)展，輸出功率幾十瓦以上的集成放大器已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。功率到了廣泛的應(yīng)用。功率VMOS管的出現(xiàn)，也給功率放大器的發(fā)展帶來了新的生機(jī)。管的出現(xiàn)，也給功率放大器的發(fā)展帶來了新的生機(jī)。本章小結(jié)本章小結(jié)第54頁/共70頁3300F30采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出的集成功率放大器TDA2030的應(yīng)用電路如圖, 假定vi為正弦電壓。此電路是OTL還是OCL電路？說明判斷依據(jù)；求理想情況下的Pomax；若vi有效值為0.1V，Po=？